CN106685625B - 一种用户信道估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导频结构、导频发送方法以及用户信道估计方法，其中导频结构包括L个上行导频时隙和一帧上行数据，每个所述上行导频时隙中设有K种候选正交的导频序列，L个所述上行导频时隙分别为顺次排列的上行导频时隙1至上行导频时隙L，所述上行数据排列在上行导频时隙L之后，其中L>1，K≥1。本发明的一种导频结构与现有的导频结构相比，现有的导频结构只有1个上行导频时隙，而本发明有L(L>1)个上行导频时隙，可以大幅降低小区内用户随机接入发生导频冲突的概率。

Description

一种用户信道估计方法
技术领域
本发明涉及多用户大规模天线阵列通信系统领域，具体涉及一种导频结构、导频发送方法以及用户信道估计方法。
背景技术
多用户大规模天线阵列通信系统中多个用户同时发送导频序列和上行数据，且各用户上行发送时间相互同步，在每一个上行导频时隙都可能有多个用户发送导频序列，但是如果各用户发送的导频序列是不同频率的正弦波或者不同时间的符号再或者是相互正交的码，那么各用户的导频序列都是可以正交的，基站便能正确估计出各用户的信道，解出各用户的上行数据；但如果多个用户选择了同一导频序列，则称为导频冲突，基站接收端便无法获得冲突用户的信道估计和上行数据，现有技术中解决导频冲突的方法是：LTE 里的解决方法是增加终端与基站的交互次数，最后由基站从发生导频碰撞的用户里挑选某一个用户继续接入。但对于MTC场景：设备多是随机接入；终端数量大，冲突概率高；带宽窄，和基站的交互耗费时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种导频结构、导频发送方法以及用户信道估计方法，其在不增加导频时频资源开销的条件下，大幅降低了小区内用户随机接入发生导频冲突的概率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种导频结构，包括L个上行导频时隙和一帧上行数据，每个所述上行导频时隙中设有K种候选正交的导频序列，L个所述上行导频时隙分别为顺次排列的上行导频时隙1至上行导频时隙L，所述上行数据排列在上行导频时隙L之后，其中L>1，K≥1。
本发明的有益效果是：本发明的一种导频结构与现有的导频结构相比，现有的导频结构只有1个上行导频时隙，而本发明有L(L>1)个上行导频时隙，可以大幅降低小区内用户随机接入发生导频冲突的概率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，K种候选正交的导频序列包括不同频率的正弦波、不同时间的符号和相互正交的码之一。
采用上述进一步方案的有益效果是：导频序列是不同频率的正弦波或者不同时间的符号或者相互正交的码，可以保证导频序列是正交的，进一步减少发生导频冲突的概率。
基于上述一种导频结构，本发明还提供一种导频发送方法。
一种导频发送方法，基于上述所述的一种导频结构进行发送，包括以下步骤：
步骤一，在每J个上行导频时隙中随机选择一个上行导频时隙；
步骤二，在所述上行导频时隙的K种候选正交的导频序列中随机选择一个候选正交的导频序列作为导频进行上行发送；
其中，1≤J≤L，且L＝D*J，D为正整数。
本发明的有益效果是：本发明导频的发送方法避免增加终端与基站的交互次数，在不增加导频时隙频率资源开销的条件下，大幅降低了小区内用户随机接入发生导频冲突的概率，提高交互效率。
基于上述一种导频发送方法，本发明还提供一种用户信道估计方法。
一种用户信道估计方法，对上述所述的一种导频发送方法中发送的导频进行用户信道估计，包括以下步骤，
S1，基站接收端接收所有用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据 Yl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S2，基站接收端将本地的K种候选正交的导频序列分别与在每一个上行导频时隙中接收到的采样数据Yl进行相关计算得到每一个导频相关结果矩阵Bl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S3，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系解算出所有用户的信道估计。
本发明的有益效果是：本发明一种信道估计方法可以精确的获得所有用户的信道估计，同时可以清晰的反映出利用本发明一种导频发送方法进行导频发送时的性能提升。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，共有N个用户在上行导频时隙l中发送采样数据，基站接收端有M根基站天线，且基站接收端在每根基站天线上采样得到Q个数据，Q 也为导频序列长度，l＝1,2,3，…，L，则所述S1具体为，
基站接收端接收到的N个用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据Yl为Yl＝HP+W，
Figure BDA0001185914860000031
其中：P为N个用户从K种候选正交的导频序列中随机选择的N个导频序列组成的矩阵，H为N个用户的信道响应矩阵，W为噪声。
进一步，在所述S2中，
每一个导频相关结果矩阵Bl的表达式为Bl＝YlSH；
其中，SH表示矩阵S的共轭转置，S＝[s1,s2,…,sK]T，为K种候选正交的导频序列。
进一步，在所述S3中，
每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系为AlH＝Bl，
Figure BDA0001185914860000032
进一步，所述S3具体为，
S31，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系AlH＝Bl，得出所有导频相关结果矩阵B与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，其中，A＝[A1 TA2 T…AL T]T， B＝[B1 TB2 T…BL T]T；
S32，根据所有导频相关结果矩阵B与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，得到所有用户的信道响应矩阵H，作为所有用户的信道估计：
H＝A-1B，H＝[h1,h2,…,hN]。
附图说明
图1为本发明一种导频结构的结构示意图；
图2为本发明一种导频发送方法的流程图；
图3为本发明一种用户信道估计方法的流程图；
图4为本发明一种用户信道估计方法中用户信道估计概率的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种导频结构，包括L个上行导频时隙和一帧上行数据，每个所述上行导频时隙中设有K种候选正交的导频序列，L个所述上行导频时隙分别为顺次排列的上行导频时隙1至上行导频时隙L，所述上行数据排列在上行导频时隙L之后，其中L>1，K≥1。K种候选正交的导频序列包括不同频率的正弦波、不同时间的符号和相互正交的码之一。
本发明的一种导频结构与现有的导频结构相比，现有的导频结构只有1 个上行导频时隙，而本发明有L(L>1)个上行导频时隙，可以大幅降低小区内用户随机接入发生导频冲突的概率。
基于上述一种导频结构，本发明还提供一种导频发送方法。
如图2所示，一种导频发送方法，基于上述所述的一种导频结构进行发送，包括以下步骤：
步骤一，在每J个上行导频时隙中随机选择一个上行导频时隙；
步骤二，在所述上行导频时隙的K种候选正交的导频序列中随机选择一个候选正交的导频序列作为导频进行上行发送；
其中，1≤J≤L，且L＝D*J，D为正整数。
也就是说：有L次上行导频时隙，用户在每J个导频时隙中随机选择一次，挑选出一个导频时隙，每一次导频时隙中有K种候选正交的导频序列供用户选择，用户在每一次导频时隙中都会随机的从K个候选的导频序列选择一个作为导频进行上行发送。
基于上述一种导频发送方法，本发明还提供一种用户信道估计方法。
如图3所示，一种用户信道估计方法，利用上述所述的一种导频发送方法中发送的导频进行用户信道估计，包括以下步骤，
S1，基站接收端接收所有用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据 Yl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S2，基站接收端将本地的K种候选正交的导频序列分别与在每一个上行导频时隙中接收到的采样数据Yl进行相关计算得到每一个导频相关结果矩阵Bl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S3，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系解算出所有用户的信道估计。
具体的：
共有N个用户在上行导频时隙l中发送采样数据，基站接收端有M根基站天线，且基站接收端在每根基站天线上采样得到Q个数据，Q也为导频序列长度，l＝1,2,3，…，L，则所述S1具体为，基站接收端接收到的N个用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据Yl为Yl＝HP+W，
Figure BDA0001185914860000061
其中：P为N个用户从K种候选正交的导频序列中随机选择的N个导频序列组成的矩阵，因为导频序列是随机选择的，所以P的具体值是未知的；H为N 个用户的信道响应矩阵；W为噪声，因为导频序列是随机选择的，所以这里的噪声W也是是随机的，不是已知值；
Figure BDA0001185914860000062
为矩阵Yl的行列维度。
在所述S2中，每一个导频相关结果矩阵Bl的表达式为Bl＝YlSH；其中， SH表示矩阵S的共轭转置，S＝[s1,s2,…,sK]T，为K种候选正交的导频序列。
在所述S3中，每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系为AlH＝Bl，
Figure BDA0001185914860000063
其中，Al为每列有且只有一个1 其余为0的矩阵，l＝1,2,...,L。AlH＝Bl是根据系统模型和数据间的物理关系得到的。
所述S3具体为，S31，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系AlH＝Bl，得出所有导频相关结果矩阵B与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，其中， A＝[A1 TA2 T…AL T]T，B＝[B1 TB2 T…BL T]T；S32，根据所有导频相关结果矩阵B 与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，得到所有用户的信道响应矩阵H，作为所有用户的信道估计：H＝A-1B，H＝[h1,h2,…,hN]，也就是说当A满秩便可以得到所有用户信道估计。
下面结合基于传统的导频发送方法进行用户信道估计来说明基于本发明的导频发送方法进行用户信道估计的有益效果。
基于传统的导频发送方法进行用户信道估计：只有1个上行导频时隙，即此时L＝1，每个用户都会在此次上行导频时隙中随机的从K*L个候选的导频序列中选择一个作为导频发送。此时根据本发明一种用户信道估计方法得到的矩阵
Figure BDA0001185914860000071
矩阵A满足每列有且只有一个1其余为0。
基于本发明的导频发送方法进行用户信道估计：一共有L个上行导频时隙，此时L>1，每个上行导频时隙中有K个候选正交的导频序列，每个上行用户在每次上行导频时隙中都会随机的从K个候选的导频序列选择一个作为导频发送，此时根据根据本发明一种用户信道估计方法得到的矩阵
Figure BDA0001185914860000072
A＝[A1 TA2 T…AL T]T，其中Al为每列有且只有一个1其余为0的矩阵，l＝1,2,...,L。
由此对比：基于本发明一种导频发送方法的用户信道估计方法中的矩阵 A满秩概率远大于基于传统导频发送方法的用户信道估计方法中的矩阵A 满秩概率。
基于传统的导频发送方法进行用户信道估计和基于本发明的导频发送方法进行用户信道估计都能够获得所有用户信道估计的概率(A满秩概率)，如图4所示：图4中横坐标代表参数L(图中保持L*K为48恒定)，纵坐标代表基站接收端能够获得所有用户信道估计的概率，标号为①的曲线代表用户数N＝3，标号为②的曲线代表用户数N＝5，标号为③的曲线代表用户数 N＝7，标号为④的曲线代表用户数N＝9，L＝1时为传统的导频发送方法，L>1时为本发明导频发送方法，可以清晰看到性能提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用户信道估计方法，其特征在于：对一种导频发送方法中发送的导频进行用户信道估计；
其中，所述导频发送方法中发送的导频包括，L个上行导频时隙和一帧上行数据，每个所述上行导频时隙中设有K种候选正交的导频序列，L个所述上行导频时隙分别为顺次排列的上行导频时隙1至上行导频时隙L，所述上行数据排列在上行导频时隙L之后，其中L>1，K≥1；
其中，所述导频发送方法包括以下步骤：步骤一，在每J个上行导频时隙中随机选择一个上行导频时隙；步骤二，在所述上行导频时隙的K种候选正交的导频序列中随机选择一个候选正交的导频序列作为导频进行上行发送；其中，1≤J≤L，且L＝D*J，D为正整数；
所述用户信道估计方法包括以下步骤，
S1，基站接收端接收所有用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据Yl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S2，基站接收端将本地的K种候选正交的导频序列分别与在每一个上行导频时隙中接收到的采样数据Yl进行相关计算得到每一个导频相关结果矩阵Bl，其中，l＝1,2,3，…，L；
S3，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系解算出所有用户的信道估计；
其中，将本地的K种候选正交的导频序列分别与在每一个上行导频时隙中接收到的采样数据Yl进行相关计算得到每一个导频相关结果矩阵Bl的方法为，
将本地的K种候选正交的导频序列的共轭转置分别与在每一个上行导频时隙中接收到的采样数据Yl相乘，得到每一个导频相关结果矩阵Bl。
2.根据权利要求1所述的一种用户信道估计方法，其特征在于：K种候选正交的导频序列包括不同频率的正弦波、不同时间的符号和相互正交的码之一。
3.根据权利要求1或2所述的一种用户信道估计方法，其特征在于：共有N个用户在上行导频时隙l中发送采样数据，基站接收端有M根基站天线，且基站接收端在每根基站天线上采样得到Q个数据，Q也为导频序列长度，l＝1,2,3，…，L，则所述S1具体为，
基站接收端接收到的N个用户在每一个上行导频时隙中发送的采样数据Yl为Yl＝HP+W，
Figure FDA0002269886800000021
其中：P为N个用户从K种候选正交的导频序列中随机选择的N个导频序列组成的矩阵，H为N个用户的信道响应矩阵，W为噪声。
4.根据权利要求3所述的一种用户信道估计方法，其特征在于：在所述S2中，
每一个导频相关结果矩阵Bl的表达式为Bl＝YlSH；
其中，SH表示矩阵S的共轭转置，S＝[s1,s2,…,sK]T，为K种候选正交的导频序列。
5.根据权利要求4所述的一种用户信道估计方法，其特征在于：在所述S3中，
每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系为AlH＝Bl，
Figure FDA0002269886800000022
6.根据权利要求5所述的一种用户信道估计方法，其特征在于：所述S3具体为，
S31，根据每一个导频相关结果矩阵Bl与每一个用户发送的导频序列Al之间的线性关系AlH＝Bl，得出所有导频相关结果矩阵B与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，其中，A＝[A1 TA2 T…AL T]T，B＝[B1 T B2 T…BL T]T；
S32，根据所有导频相关结果矩阵B与所有用户发送的导频序列A之间的线性关系AH＝B，得到所有用户的信道响应矩阵H作为所有用户的信道估计：
H＝A-1B，H＝[h1,h2,…,hN]。
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