CN113922848A - 信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备，该方法包括：将各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送；本申请实施例中发送端的每个发送天线端口都在各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列；在接收端，收到导频信号后，不是在频域估计信道而是在时延域估计信道，从而一次完成大规模MIMO所有天线在所有子载波上的最终的信道估计。

Description

信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，具体涉及一种信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备。

背景技术

利用大规模多进多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术形成大规模天线阵列，可以同时支持更多用户发送和接收信号，从而将移动网络的信道容量以及数据流量提升数十倍或更大，同时能实现多用户之间干扰的急剧降低。为了支持宽带无线通信，从4G开始正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)就成为移动通信的底层技术。其可以有效的对抗多径干扰，将频域频率选择性信道划分为多个平衰落的子信道来支持无线传输。OFDM结合大规模MIMO已经是现在和未来无线通信的基本框架。

然而在大规模MIMO系统中，随着天线规模的急剧增加，导频开销、信道的反馈量以及信道估计的复杂度都有数量级的增加。这已经成为制约大规模MIMO走向大规模商用的关键瓶颈问题之一。进一步的，OFDM和大规模MIMO结合时，因为频率选择性，不同子频段上的信道是不同的。因此，需要在每个子频段上同时进行大规模MIMO的信道估计。这进一步数量级的增大了导频开销和计算负载的。

大规模MIMO系统中，由于天线数量巨大，信道估计与反馈所需的导频开销和反馈开销巨大。为了降低导频开销和反馈开销，利用大规模MIMO信道在空间角度域的稀疏特性，基于压缩感知(Compressive Sensing，CS)理论的信道估计方案被提出。但是CS类解决方案强烈依赖于信道在空间角度域的稀疏性假设，而实际场景中的很多真实信道并不是都具有绝对的稀疏性。因而基于CS的信道估计和反馈方案依赖于对CSI矩阵完美稀疏的先验假设，在只满足近似稀疏条件的大规模MIMO信道上表现不佳，性能难以达到实际系统的要求。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备，能够解决现有的基于CS理论的信道估计效果不佳，难以达到系统要求的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种信道估计方法，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，所述方法包括：

通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；

将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

第二方面，本申请实施例提供了一种信号发送方法，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，所述方法包括：

各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；

将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

第三方面，本申请实施例提供了一种信道估计装置，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，所述装置包括：

获取模块，用于通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

第一处理模块，用于对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；

第二处理模块，用于将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

第四方面，本申请实施例提供了一种信号发送装置，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，所述装置包括：

生成模块，用于各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；

发送模块，用于将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

第五方面，本申请实施例提供了一种接收端设备，该终端包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第二方面所述的方法的步骤。

第六方面，本申请实施例提供了一种发送端设备，该网络侧设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。

第七方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤，或者实现如第二方面所述的方法的步骤。

第八方面，本申请实施例提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行网络侧设备程序或指令，实现如第一方面所述的方法，或实现如第二方面所述的方法。

在本申请实施例中，发送端的每个发送天线端口都在各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列；在接收端，收到导频信号后，不是在频域估计信道而是在时延域估计信道，将信道空间角度域的稀疏性和时延域的稀疏性相结合，将频域呈现出频率性选择的信道转换到时延域的径数有限的多径信道进行估计，一次完成大规模MIMO所有天线在所有子载波上的最终的信道估计，从而提高了信道估计的准确性，且大幅降低了导频开销。

附图说明

图1表示本申请实施例可应用的一种无线通信系统的框图；

图2表示本申请实施例提供的信号发送方法的步骤流图；

图3表示本申请实施例提供的信道估计方法的步骤流程图；

图4表示本申请实施例提供的信号发送方法和信道估计方法的应用系统的示意图；

图5表示本申请实施例提供的信道估计的性能示意图；

图6表示本申请实施例提供的信号发送装置的结构示意图；

图7表示本申请实施例提供的信道估计装置的结构示意图；

图8表示本申请实施例提供的通信设备的结构示意图；

图9表示本申请实施例提供的网络侧设备的结构示意图；

图10表示本申请实施例提供的终端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

值得指出的是，本申请实施例所描述的技术不限于长期演进型(Long TermEvolution，LTE)/LTE的演进(LTE-Advanced，LTE-A)系统，还可用于其他无线通信系统，诸如码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、时分多址(Time DivisionMultiple Access，TDMA)、频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)、正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)、单载波频分多址(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access，SC-FDMA)和其他系统。本申请实施例中的术语“系统”和“网络”常被可互换地使用，所描述的技术既可用于以上提及的系统和无线电技术，也可用于其他系统和无线电技术。然而，以下描述出于示例目的描述了新空口(New Radio，NR)系统，并且在以下大部分描述中使用NR术语，尽管这些技术也可应用于NR系统应用以外的应用，如第6代(6^th Generation，6G)通信系统。

图1示出本申请实施例可应用的一种无线通信系统的框图。无线通信系统包括终端11和网络侧设备12。其中，终端11也可以称作终端设备或者用户终端(User Equipment，UE)，终端11可以是手机、平板电脑(Tablet Personal Computer)、膝上型电脑(LaptopComputer)或称为笔记本电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、掌上电脑、上网本、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、移动上网装置(Mobile Internet Device，MID)、可穿戴式设备(Wearable Device)或车载设备(Vehicle User Equipment，VUE)、行人终端(Pedestrian User Equipment，PUE)等终端侧设备，可穿戴式设备包括：手环、耳机、眼镜等。需要说明的是，在本申请实施例并不限定终端11的具体类型。网络侧设备12可以是基站或核心网，其中，基站可被称为节点B、演进节点B、接入点、基收发机站(Base Transceiver Station，BTS)、无线电基站、无线电收发机、基本服务集(Basic Service Set，BSS)、扩展服务集(Extended Service Set，ESS)、B节点、演进型B节点(eNB)、家用B节点、家用演进型B节点、WLAN接入点、WiFi节点、发送接收点(Transmitting Receiving Point，TRP)或所述领域中其他某个合适的术语，只要达到相同的技术效果，所述基站不限于特定技术词汇，需要说明的是，在本申请实施例中仅以NR系统中的基站为例，但是并不限定基站的具体类型。

作为一个可选实施例，本申请实施例提供的发送端设备为网络侧设备，接收端设备为终端。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的信号发送方法、信道估计方法、发送端设备及接收端设备进行详细地说明。

如图2所示，本申请实施例提供一种信号发送方法，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，所述方法包括：

步骤201，将各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列。由于不同发送天线端口具有不同的导频随机序列，则接收端设备可以根据导频随机序列识别不同的发送天线端口。

可选地，导频随机序列由多个导频符号组成，导频符号可均匀的分布在OFDM符号的子载波中。发送端大规模MIMO阵列中的每个天线在每个导频位置上发送导频符号。但是不同天线端口使用不同的随机序列，随机序列的长度和导频的数目可以一致。所有天线端口的随机序列组成一个二元随机矩阵。例如，对于第i个天线端口，其导频随机序列用c_i＝[c_i,1 c_i,2 … c_i,P]表示。则第i个发送天线在第j个导频资源上发送的导频符号为c_i,j，所有c_i,j可以组合成一个二元随机矩阵C。

步骤202，将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

例如，本申请实施例中发送端设备为网络侧设备时，导频信号是信道状态信息参考信号(Channel State Information Reference Signal，CSI-RS)。

例如，c_i中的c_i,j元素在第j个导频资源上经OFDM调制后通过第i个发送天线端口发送。

在同一个OFDM符号内，除了发送导频符号，还要发送数据。因此c_i中的元素需要和数据符号进行复接，合并后生成第i个发送天线端口上发送的信号向量x_i。其中，x_i在对应的导频资源上发送的导频随机序列相应的导频符号。

假定发送端设备在第i个天线上发送的信号向量为x_i(包括导频和数据)。x_i经过离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT)得到时域发送符号

考虑所有天线，时域发送符号

分别经N个发送天线端口发送出去。

需要说明的是，本申请实施例中提及的一个发送天线端口对应一个发送天线；或者，一个发送天线端口为多个发送天线经过预编码或波束赋形形成的端口。

作为本申请的一个可选实施例，步骤201包括：

确定各个天线端口分别对应的预先设定的导频随机序列；

确定各个天线端口的导频信号占用的时频资源；所述时频资源包括：至少一个OFDM符号以及所述至少一个OFDM符号中的每个OFDM符号内的多个子载波；

按照预设规则，将所述各个发送天线端口的导频随机序列映射到所述导频信号占用的时频资源上，生成各个天线端口对应的导频信号。

优选地，为了更好的估计下行信道，发送端设备采用一种“梳状”的导频形式，即在每个OFDM符号子载波中等间隔插入导频(等间隔插入导频，则接接收端设备在信道估计时会降低计算难度)。例如，一个OFDM符号有N_C个子载波。该OFDM符号内的导频个数为P，导频插入的位置标号(即导频占用的子载波的编号)为0，N_g，2N_g … (P-1)N_g，其中N_g为导频插入间隔。这P个子载波是专门用来发送导频的。

作为一个可选实施例，不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同。例如，每个发送天线端口均在某一个或多个OFDM符号的子载波编号为0，N_g，2N_g … (P-1)N_g的子载波上发送导频符号。

作为另一个可选实施例，各个发送天线的导频随机序列由P个导频符号组成；P为所述至少一个OFDM符号内导频子载波的总数量。其中，导频符号占用的子载波称为导频子载波。

发送端大规模MIMO的每个天线端口都需要在每个导频子载波上发送导频符号。但是，不同发送天线端口在不同导频子载波上发送的导频符号是不同的。不同的天线端口具有不同的导频随机序列。对于第i个天线，其随机序列用c_i＝[c_i,1 c_i,2 … c_i,P]表示。则第i个发送天线在第j个导频资源上发送的导频符号为c_i,j，所有c_i,j可以组合成一个二元随机矩阵C。其维度为N×P。每一列的N个元素，分别在N个发送天线端口进行发送。本申请实施例中，C为导频随机序列矩阵，其维度为N×P。即C为N个长度为P的导频随机序列的集合。也可以N个长度较长的随机序列(m序列，gold序列等)截取长度为P的片段。

进一步的，在同一个OFDM符号内，除了发送导频符号，还要发送数据。因此c_i中的元素需要和数据符号进行复接，合并后生成第i个发送天线端口上发送的信号向量x_i。其中，x_i在导频位置0，N_g，2N_g … (P-1)N_g，发送的是导频符号，即x_i(jN_g)＝c_i,j。

作为本申请的又一个可选实施例，P大于或者等于N与最大时延的乘积；其中，最大时延为多径信道的最大时延长度。

对于基于OFDM的带宽大规模MIMO通信系统，必须要考虑多径的时延效应。假设在延迟域有多个径，则本申请实施例提及的最大时延为：多径信道延迟最大的一个径的时延长度，通常以当前采样率下的采样间隔来计量。

综上，本申请实施例为了大幅降低基于OFDM的大规模MIMO系统的导频开销和信道估计复杂度，发送端的每个发送天线端口都在各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列，且不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同，从而在保证接收端能够通过导频随机序列识别不同发送天线端口的基础上减少导频开销。

如图3所示，本申请实施例还提供一种信道估计方法，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，所述方法包括：

步骤301，通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

步骤302，对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道。在接收端，收到导频符号后，本申请实施例不是在频域估计信道，而是在时延域。

步骤303，将估计得到的所述时延域信道进行处理(例如进行离散傅里叶变换DFT)，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

对于基于OFDM的宽带大规模MIMO系统通信系统，在发送端有N个发送天线端口，由于接收端的每个接收天线端口都是独立进行信道估计的，因此可以只考虑一个接收天线端口来设计，即考虑N×1的大规模天线系统。

必须要考虑多径的时延效应。假设在延迟域只有L个径，第i个发送天线端口到接收天线端口的信道就需要用向量h_i表示，即h_i＝[h_i,1 h_i,2 … h_i,L]。可以看出，只要估计出所有的h_n,l，就可以得到原始的信道。

作为一个可选实施例，步骤302包括：

利用结构化正交匹配追踪(Structured Orthogonal Matching Pursuit，SOMP)算法对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道。

本申请实施例基于SOMP算法，利用时延域和空域的稀疏性，找到信道不为0的径。然后估计出信道不为0的径的信道增益，最后通过二维傅立叶变化得到大规模MIMO阵列中的每个天线在频域的信道。这样就一次完成大规模MIMO所有天线在所有子载波上的最终的信道估计。

可选地，本申请的上述实施例中，步骤301包括：

通过所述接收天线端口接收发送端设备通过发送天线端口发送的至少一个OFDM符号的时域接收信号；

将所述至少一个OFDM符号的时域接收信号变换为所述至少一个OFDM符号的频域接收信号；

在所述至少一个OFDM符号的频域接收信号中按照映射规则提取出导频符号。

其中，一个OFDM符号的时域接收信号r为：

其中，N表示发送天线端口的数量；h_i表示所述发送天线端口到所述接收天线端口的信道或等效信道；

表示一个OFDM符号的时域发送信号；运算符*表示卷积运算；n表示噪声或随机干扰。

其中，当一个发送天线端口对应一个发送天线时，则h_i表示所述发送天线端口i到所述接收天线端口的信道；而当一个发送天线端口为多个发送天线经过预编码或波束赋形形成的端口时，则表示为经过预编码或波束赋形的发送天线端口到接收天线的等效信道。

作为一个可选实施例，一个OFDM符号的频域接收信号y为：

其中，F_T表示N_c维的傅里叶矩阵；x_i表示发送天线端口i上发送的频域信号向量；h_i表示发送天线端口到接收天线端口的信道或等效信道；F_L表示h_i的最长路径时延L对应的部分傅里叶矩阵。diag(x_i)是一个对角矩阵。diag为一个函数，用于构造一个对角矩阵，不在对角线上元素全为0的方阵，或者以向量的形式返回一个矩阵上对角线元素。

例如，接收端对接收到的时域接收信号r，首先经过DFI，可以得到频域接收信号y为：

为了表述方便，本申请实施例引入一个部分傅里叶矩阵F_L，它是由傅里叶矩阵F的前L列组成的。由于大规模MIMO基站天线阵列紧密布置，信号从不同的基站天线到达用户天线经历的信道具有近似相同的路径时延。因此可认为所有h_i的最长的路径时延为L，频域接收信号的表达式可转换为：

发送端设备下行链路同时发送数据和导频。为了估计所有N个发送天线端口的下行信道，接收端设备需要从频域接收信号y中将导频占用的子载波上提取出接收的导频符号。其中，所述至少一个OFDM符号的第k个OFDM符号的导频符号

为：

其中，s为所述一个OFDM符号内的导频子载波位置集合；P_k为第k个OFDM符号内导频符号数量；c_i表示发送天线端口i的导频随机序列，F_LP由F_L的部分行向量组成，F_LP对应的行向量的行号集合为s。

假设导频随机序列映射到k个OFDM符号上，P_k表示第k个OFDM符号上的导频符号的数量。K个OFDM符号上所有的导频符号的总数量P＝P₁+P₂+…+P_k。

例如，导频随机序列映射到一个OFDM符号上，且该OFDM符号的子载波上等间隔的插入导频符号，导频插入间隔为N_g；则一个OFDM符号的导频符号y_P是由向量y中下标为0，N_g，2N_g … (P-1)N_g的元素组成的。接收的导频y_P可以表示为：

其中diag(c_i)是一个对角矩阵，其对角元素为向量c_i＝[c_i,1 c_i,2 … c_i,P]即第i个天线端口的导频位置的随机序列。F_LP由部分傅里叶矩阵F_L的部分行向量组成，这些行向量的行号属于0，N_g，2N_g … (P-1)N_g的行。

令A＝[diag(c₁)F_LP,diag(c₂)F_LP … diag(c_N)F_LP]和n_P＝F_LPn，另外令

为所有天线时延域信道的合并向量，则接收的导频y_P可以表示为y_P＝Ah+n_P。

至此，信道估计问题被建模为了一个信号恢复知问题，其中y_P是低维的观测向量，A是感知矩阵，h是待恢复的高维稀疏向量。这个问题本申请中用SOMP方法解决。SOMP算法是OMP算法的改进版，对于稀疏信号恢复，可以拆分成两大步。第一步是寻找支撑集，即找到h非零元素的位置。第二步是利用ZF或者MMSE算法恢复非零元素的位置的信道增益值。SOMP利用了稀疏向量的结构化稀疏。在这里就是利用了所有发送天线的时延都相同这一特性来检测支撑集。

利用上面所述的SOMP算法，经过多次迭代，就可以估计出各个天线在时延域各个径的信道。如果最终想要知道各个天线在各个子载波上的信道，只需对各个天线在时延域各个径的信道h_i做DFT即可，即H_i＝F_Th_i。其中H_i表示第i个发送天线端口到接收天线端口在各个子载波上的信道向量。可见，通过本申请的信道估计方法，不需要在每个子频段分别进行信道估计，而是可以一次估计出每个天线在所有子载波上的信道。

综上，本申请实施例通过SOMP算法，对收到的导频信号进行处理，就可以估计出每个天线在时延域各个径在各个方向的信道。然后基于所有时延域信道可以得到想要各个天线在的频域各个子载波上的信道。可见，对于OFDM-MIMO系统，本申请实施例提供的方法不需要在每个子频段分别进行信道估计。而是估计出每个天线各个时延径信道分量，通过变换，可以一次估计出每个天线在所有子载波和上的信道。

如图4所示，本申请实施例提供的信号发送方法和信道估计方法应用的系统的导频发送和信道估计的工作过程如下：

为不同的发送天线端口分配不同的导频随机序列。不同天线端口的导频随机序列和该天线端口上要发送的数据符号需要进行复接，合并后生成各个天线上发送的信号向量。其中信号向量在导频位置发送的是导频随机序列相应的导频符号。复接生成的各个天线的信号向量经过离散傅里叶逆变换IDFT后，完成OFDM调制。然后在各个天线端口上发送出去，经过各个天线端口到接收天线端口之间的信道后，到达接收端。

接收端接收到信号后，首先经过DFT，得到频域接收信号。然后经过分接，提取出导频符号和数据符号。其中对于导频符号，利用SOMP算法估计出从各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道。最后对估计得到的时延域信道进行DFT，就可以得到最终的各个发送天线端口到接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

对于基于OFDM大规模MIMO系统，与所有天线单独发送正交导频的方法相比，可以大幅度降低导频开销。并且不需要在每个子频段分别进行信道估计。而是估计出每个天线的各个时延径信道分量，通过变换，一次估计出每个发送天线端口在所有子载波上的信道。图5给出了32发送天线端口在信道时延域只有六个径时SOMP算法的性能。其中我们利用了结构化稀疏的这一特点，即所有发送天线的信道在时延域的路径时延是相同的。我们称该方法为SOMP。仿真中，OFDM的载波数是4096。最大的信道延迟为256个采样点。导频数目为256。从图中可见，极低导频开销的情况下，对于32个发送天线，SOMP算法的仍然能精确估计出信道。

需要说明的是，本申请实施例提供的信号发送方法，执行主体可以为信号发送装置，或者该信号发送装置中的用于执行加载信号发送方法的控制模块。本申请实施例中以信号发送装置执行信号发送方法为例，说明本申请实施例提供的信号发送装置。

如图6所示，本申请实施例还提供一种信号发送装置600，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，所述装置包括：

生成模块601，用于各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；

发送模块602，用于将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

作为本申请的一个可选实施例，所述生成模块包括：

序列确定子模块，用于确定各个天线端口分别对应的预先设定的导频随机序列；

资源确定子模块，用于确定各个天线端口的导频信号占用的时频资源；所述时频资源包括：至少一个OFDM符号以及所述至少一个OFDM符号中的每个OFDM符号内的多个子载波；

生成子模块，用于按照预设规则，将所述各个发送天线端口的导频随机序列映射到所述导频信号占用的时频资源上，生成各个天线端口对应的导频信号。

作为本申请的一个可选实施例，不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同。

作为本申请的一个可选实施例，各个发送天线的导频随机序列由P个导频符号组成；P为所述至少一个OFDM符号内导频子载波的总数量。

作为本申请的一个可选实施例，P大于或者等于N与最大时延的乘积；其中，最大时延为多径信道的最大时延长度。

作为本申请的一个可选实施例，一个发送天线端口对应一个发送天线；或者，一个发送天线端口为多个发送天线经过预编码或波束赋形形成的端口。

在本申请实施例中，本申请实施例为了大幅降低基于OFDM的大规模MIMO系统的导频开销和信道估计复杂度，发送端的每个发送天线端口都在各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列，且不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同，从而在保证接收端能够通过导频随机序列识别不同发送天线端口的基础上减少导频开销。

需要说明的是，本申请实施例提供的信号发送装置是能够执行上述信号发送方法的装置，则上述信号发送方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

需要说明的是，本申请实施例提供的信道估计方法，执行主体可以为信道估计装置，或者该信道估计装置中的用于执行加载信道估计方法的控制模块。本申请实施例中以信道估计装置执行信道估计方法为例，说明本申请实施例提供的信道估计装置。

如图7所示，本申请实施例还提供一种信道估计装置700，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，所述装置包括：

获取模块701，用于通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

第一处理模块702，用于对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；

第二处理模块703，用于将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

作为本申请的一个可选实施例，所述第一处理模块包括：

第一子模块，用于利用结构化正交匹配追踪SOMP算法对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道。

作为本申请的一个可选实施例，所述获取模块包括：

第一接收子模块，用于通过所述接收天线端口接收发送端设备通过发送天线端口发送的至少一个OFDM符号的时域接收信号；

变换子模块，用于将所述至少一个OFDM符号的时域接收信号变换为所述至少一个OFDM符号的频域接收信号；

提取子模块，用于在所述至少一个OFDM符号的频域接收信号中按照映射规则提取出导频符号。

作为本申请的一个可选实施例，一个OFDM符号的时域接收信号r为：

其中，N表示发送天线端口的数量；h_i表示所述发送天线端口i到所述接收天线端口的信道或等效信道；

表示一个OFDM符号的时域发送信号；运算符*表示卷积运算；n表示噪声或随机干扰。

作为本申请的一个可选实施例，一个OFDM符号的频域接收信号y为：

其中，F_T表示N_c维的傅里叶矩阵；x_i表示发送天线端口i上发送的频域信号向量；h_i表示发送天线端口到接收天线端口的信道或等效信道；F_L表示h_i的最长路径时延L对应的部分傅里叶矩阵。

作为本申请的一个可选实施例，所述至少一个OFDM符号的第k个OFDM符号的导频符号

为：

其中，s为所述一个OFDM符号内的导频子载波位置集合；P_k为第k个OFDM符号内导频符号数量；c_i表示发送天线端口i的导频随机序列，F_LP由F_L的部分行向量组成，F_LP对应的行向量的行号集合为s。

在本申请实施例中，发送端的每个发送天线端口都各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列；在接收端，收到导频信号后，不是在频域估计信道而是在时延域估计信道，从而一次完成大规模MIMO所有天线在所有子载波上的最终的信道估计。

需要说明的是，本申请实施例提供的信道估计装置是能够执行上述信道估计方法的装置，则上述信道估计方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

本申请实施例中的信号发送装置或信道估计装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。该装置可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例中的信号发送装置或信道估计装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓(Android)操作系统，可以为ios操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本申请实施例不作具体限定。

本申请实施例提供的信号发送装置或信道估计装置能够实现图2至图5的方法实施例实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

可选的，如图8所示，本申请实施例还提供一种通信设备800，包括处理器801，存储器802，存储在存储器802上并可在所述处理器801上运行的程序或指令，例如，该通信设备800为发送端设备时，该程序或指令被处理器801执行时实现上述信号发送方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果。该通信设备800为接收端设备时，该程序或指令被处理器801执行时实现上述信道估计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

具体地，本申请实施例还提供了一种网络侧设备(即发送端设备为网络侧设备时)。如图9所示，该网络设备900包括：天线91、射频装置92、基带装置93。天线91与射频装置92连接。在上行方向上，射频装置92通过天线91接收信息，将接收的信息发送给基带装置93进行处理。在下行方向上，基带装置93对要发送的信息进行处理，并发送给射频装置92，射频装置92对收到的信息进行处理后经过天线91发送出去。

上述频带处理装置可以位于基带装置93中，以上实施例中网络侧设备执行的方法可以在基带装置93中实现，该基带装置93包括处理器94和存储器95。

基带装置93例如可以包括至少一个基带板，该基带板上设置有多个芯片，如图9所示，其中一个芯片例如为处理器94，与存储器95连接，以调用存储器95中的程序，执行以上方法实施例中所示的网络设备操作。

该基带装置93还可以包括网络接口96，用于与射频装置92交互信息，该接口例如为通用公共无线接口(common public radio interface，简称CPRI)。

具体地，本申请实施例的网络侧设备还包括：存储在存储器95上并可在处理器94上运行的指令或程序，处理器94调用存储器95中的指令或程序执行图9所示各模块执行的方法，并达到相同的技术效果，为避免重复，故不在此赘述。

图10为实现本申请实施例的一种终端(即接收端设备为终端时)的硬件结构示意图。该终端1000包括但不限于：射频单元1001、网络模块1002、音频输出单元1003、输入单元1004、传感器1005、显示单元1006、用户输入单元1007、接口单元1008、存储器1009、以及处理器1010等部件。

本领域技术人员可以理解，终端1000还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，电源可以通过电源管理系统与处理器1010逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。图10中示出的终端结构并不构成对终端的限定，终端可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，在此不再赘述。

应理解的是，本申请实施例中，输入单元1004可以包括图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)10041和麦克风10042，图形处理器10041对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理。显示单元1006可包括显示面板10061，可以采用液晶显示器、有机发光二极管等形式来配置显示面板10061。用户输入单元1007包括触控面板10071以及其他输入设备10072。触控面板10071，也称为触摸屏。触控面板10071可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其他输入设备10072可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆，在此不再赘述。

本申请实施例中，射频单元1001将来自网络侧设备的下行数据接收后，给处理器1010处理；另外，将上行的数据发送给网络侧设备。通常，射频单元1001包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。

存储器1009可用于存储软件程序或指令以及各种数据。存储器1009可主要包括存储程序或指令区和存储数据区，其中，存储程序或指令区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序或指令(比如声音播放功能、图像播放功能等)等。此外，存储器1009可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

处理器1010可包括一个或多个处理单元；可选的，处理器1010可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序或指令等，调制解调处理器主要处理无线通信，如基带处理器。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1010中。

射频单元101，用于通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

处理器110，用于对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

在本申请实施例中，发送端的每个发送天线端口都各自对应的导频位置上发送导频符号，不同发送天线端口使用不同的导频随机序列；在接收端，收到导频信号后，不是在频域估计信道而是在时延域估计信道，从而一次完成大规模MIMO所有天线在所有子载波上的最终的信道估计。

需要说明的是，本申请实施例提供的终端是能够执行上述信道估计方法的终端，则上述信道估计方法的所有实施例均适用于该终端，且均能达到相同或相似的有益效果。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述信号发送方法或信道估计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述信号发送方法或信道估计方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种信道估计方法，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，其特征在于，所述方法包括：

通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；

将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道，包括：

利用结构化正交匹配追踪SOMP算法对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号，包括：

通过所述接收天线端口接收发送端设备通过发送天线端口发送的至少一个OFDM符号的时域接收信号；

将所述至少一个OFDM符号的时域接收信号变换为所述至少一个OFDM符号的频域接收信号；

在所述至少一个OFDM符号的频域接收信号中按照映射规则提取出导频符号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，一个OFDM符号的时域接收信号r为：

其中，N表示发送天线端口的数量；h_i表示所述发送天线端口i到所述接收天线端口的信道或等效信道；

表示一个OFDM符号的时域发送信号；运算符*表示卷积运算；n表示噪声或随机干扰。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，一个OFDM符号的频域接收信号y为：

其中，F_T表示N_c维的傅里叶矩阵；x_i表示发送天线端口i上发送的频域信号向量；h_i表示发送天线端口到接收天线端口的信道或等效信道；F_L表示h_i的最长路径时延L对应的部分傅里叶矩阵。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个OFDM符号的第k个OFDM符号的导频符号y_pk为：

其中，s为所述一个OFDM符号内的导频子载波位置集合；P_k为第k个OFDM符号内导频符号数量；c_i表示发送天线端口i的导频随机序列，F_LP由F_L的部分行向量组成，F_LP对应的行向量的行号集合为s。

7.一种信号发送方法，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，其特征在于，所述方法包括：

将各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；

将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号，包括：

确定各个天线端口分别对应的预先设定的导频随机序列；

确定各个天线端口的导频信号占用的时频资源；所述时频资源包括：至少一个OFDM符号以及所述至少一个OFDM符号中的每个OFDM符号内的多个子载波；

按照预设规则，将所述各个发送天线端口的导频随机序列映射到所述导频信号占用的时频资源上，生成各个天线端口对应的导频信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，各个发送天线的导频随机序列由P个导频符号组成；P为所述至少一个OFDM符号内导频子载波的总数量。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，P大于或者等于N与最大时延的乘积；其中，最大时延为多径信道的最大时延长度。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，一个发送天线端口对应一个发送天线；或者，一个发送天线端口为多个发送天线经过预编码或波束赋形形成的端口。

13.一种信道估计装置，应用于接收端设备，所述接收端设备具有M个接收天线端口，M为大于或者等于1的整数，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于通过接收天线端口获取发送端设备通过发送天线端口发送的导频符号；

第一处理模块，用于对所述导频符号进行处理，估计各个发送天线端口到接收天线端口的时延域信道；

第二处理模块，用于将估计得到的所述时延域信道进行处理，得到所述各个发送天线端口到所述接收天线端口在频域各个子载波上的信道。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

第一接收子模块，用于通过所述接收天线端口接收发送端设备通过发送天线端口发送的至少一个OFDM符号的时域接收信号；

变换子模块，用于将所述至少一个OFDM符号的时域接收信号变换为所述至少一个OFDM符号的频域接收信号；

提取子模块，用于在所述至少一个OFDM符号的频域接收信号中按照映射规则提取出导频符号。

15.一种信号发送装置，应用于发送端设备，所述发送端设备具有N个发送天线端口，N为大于1的整数，其特征在于，所述装置包括：

生成模块，用于各个发送天线端口的导频随机序列按照预设规则映射到至少一个正交频分复用OFDM符号，生成各个发送天线端口在所述至少一个OFDM符号上对应的导频信号；其中，不同发送天线端口具有不同的导频随机序列；

发送模块，用于将所述导频信号变换为所述至少一个OFDM符号的时域发送信号，并通过对应的发送天线端口发送。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述生成模块包括：

序列确定子模块，用于确定各个天线端口分别对应的预先设定的导频随机序列；

资源确定子模块，用于确定各个天线端口的导频信号占用的时频资源；所述时频资源包括：至少一个OFDM符号以及所述至少一个OFDM符号中的每个OFDM符号内的多个子载波；

生成子模块，用于按照预设规则，将所述各个发送天线端口的导频随机序列映射到所述导频信号占用的时频资源上，生成各个天线端口对应的导频信号。

17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，不同发送天线端口的导频随机序列占用的时频资源相同。

18.一种接收端设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的信道估计方法的步骤。

19.一种发送端设备，其特征在于，包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求7至12任一项所述的信号发送方法的步骤。

20.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的信道估计方法的步骤；或者，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求7-12任一项所述的信号发送方法的步骤。

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