[發(fā)明專利]一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的大尺度衰落估計方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410140820.0
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103929382B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文法;李克;宋曉勤;錢麗;汪淼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京聯(lián)合大學(xué)
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L5/00;H04B7/04;H04B7/08
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1.一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的大尺度衰落估計方法，其特征在于，包括：

步驟A：各小區(qū)的初始信道估計的預(yù)處理

在對各小區(qū)進行初始信道估計之前，先利用各小區(qū)的系統(tǒng)矩陣計算得到初始信道估計所需要用到的估計矩陣并存儲下來備用；

具體的過程為：

步驟a1：構(gòu)造系統(tǒng)矩陣

基于各小區(qū)分配的可用導(dǎo)頻序列，分別構(gòu)造出各小區(qū)的系統(tǒng)矩陣Ψ_j，j為小區(qū)編號，j＝1，2，...，L，L為一個本地網(wǎng)所包含的小區(qū)總數(shù)，

其中K為一個小區(qū)所能承載的最大用戶數(shù)，ψ_jk表示第j個小區(qū)中第k個用戶的導(dǎo)頻信號列矢量，τ為導(dǎo)頻信號矢量的長度；

步驟a2：計算靜態(tài)估計矩陣

利用步驟a1構(gòu)造出的各小區(qū)系統(tǒng)矩陣，基于下式計算得到各小區(qū)進行初始信道估計所需要用到的靜態(tài)估計矩陣

${\mathrm{\Φ}}_j=diag{\left({\mathrm{\Ψ}}_j^H{\mathrm{\Ψ}}_j\right)}^{-1}{\mathrm{\Ψ}}_j^H,(j=1~L)$

其中(·)^H是矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；

步驟a3：存儲靜態(tài)估計矩陣

將計算出來的靜態(tài)估計矩陣存儲下來；

步驟B：對目標小區(qū)進行初始信道估計

目標小區(qū)基站利用從接收信號中分離出的導(dǎo)頻接收信號，結(jié)合在靜態(tài)估計矩陣基礎(chǔ)上根據(jù)小區(qū)內(nèi)實際連接用戶數(shù)構(gòu)造的動態(tài)估計矩陣，計算得到目標小區(qū)的初始信道估計結(jié)果；

具體的過程為：

步驟b1：導(dǎo)頻接收信號的分離

目標小區(qū)設(shè)為第l個小區(qū)，該目標小區(qū)的基站端從天線陣列各陣元上接收到的信號中，根據(jù)導(dǎo)頻序列的定時關(guān)系即導(dǎo)頻在接收信號序列中的位置和導(dǎo)頻長度將接收的導(dǎo)頻信號與上行數(shù)據(jù)信號分離，提取出各天線單元的導(dǎo)頻接收信號序列；

步驟b2：導(dǎo)頻接收矩陣的構(gòu)造

將目標小區(qū)各天線單元上分離出的導(dǎo)頻接收信號構(gòu)造成為該小區(qū)的導(dǎo)頻接收矩陣Y_l，M為該小區(qū)基站天線陣列的天線陣元數(shù)；

步驟b3：根據(jù)目標小區(qū)當前實際用戶數(shù)構(gòu)造動態(tài)估計矩陣

設(shè)小區(qū)l當前時刻的實際連接用戶數(shù)為K_l，從滿用戶時的靜態(tài)估計矩陣中根據(jù)當前實際連接用戶數(shù)以及每個連接用戶所分配的導(dǎo)頻序列將對應(yīng)的行向量提取出來重新構(gòu)造成為新的估計矩陣，即動態(tài)估計矩陣

步驟b4：初始信道估計

基于所述步驟b2構(gòu)造的導(dǎo)頻接收矩陣Y_l和所述步驟b3構(gòu)造的動態(tài)估計矩陣，由下式計算目標小區(qū)的初始信道估計結(jié)果

${\hat{G}}_{ll}=\frac{1}{\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Φ}}}_l{Y}_l$

其中p_r為每個用戶終端的平均發(fā)射功率；

步驟C：估計目標小區(qū)的上行信道大尺度衰落

基于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)各天線單元上快衰落的統(tǒng)計特性，對所述步驟B所得到的目標小區(qū)初始信道估計結(jié)果進行處理，得到目標小區(qū)內(nèi)各用戶到目標小區(qū)基站的上行信道的大尺度衰落的估計值；

具體的過程為：

步驟c1：計算各用戶的上行信道大尺度衰落估計

利用目標小區(qū)的初始信道估計結(jié)果，按下式分別計算該小區(qū)內(nèi)各用戶到目標基站的大尺度衰落的估計值：

[·]_i表示為矩陣的第i行，||·||為Frobenius范數(shù)；Q為快衰落歸一化因子，為各天線單元上快衰落統(tǒng)計平均的Frobenius范數(shù)，是一個實數(shù)常量；

步驟c2：將所述步驟c1中計算得到的各用戶上行大尺度衰落估計組合起來，構(gòu)建出目標小區(qū)的大尺度衰落的估計結(jié)果矩陣為：

步驟D：導(dǎo)頻信號重構(gòu)與干擾消除

利用估計出來的小區(qū)的初始信道估計結(jié)果矩陣、該小區(qū)的系統(tǒng)矩陣，重構(gòu)出來自該小區(qū)用戶的接收導(dǎo)頻信號，并從總的導(dǎo)頻接收信號中減去當前重構(gòu)出的小區(qū)用戶的接收導(dǎo)頻信號；

具體的過程為：

步驟d1：系統(tǒng)矩陣重構(gòu)

根據(jù)所述目標小區(qū)內(nèi)當前實際連接用戶數(shù)K_l重新構(gòu)造系統(tǒng)矩陣為：

步驟d2：導(dǎo)頻信號重構(gòu)

根據(jù)前述步驟估計出來的大尺度衰落的估計結(jié)果矩陣和重構(gòu)的系統(tǒng)矩陣，按下式進行導(dǎo)頻信號的重構(gòu)：

$\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Ψ}}}_l{\hat{G}}_{ll}$

步驟d3：干擾消除

從導(dǎo)頻接收信號中將重構(gòu)的來自目標小區(qū)各用戶的導(dǎo)頻信號進行消除，得到新的導(dǎo)頻接收信號矩陣為：

${\hat{Y}}_l=Y_l-\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Ψ}}}_l{\hat{G}}_{ll};$

步驟E：對目標小區(qū)的鄰區(qū)進行初始信道估計

按照預(yù)先定義的順序首先對第一個鄰區(qū)按照所述步驟B的方法進行初始信道估計；具體的方法為：

設(shè)目標小區(qū)l有Nc個鄰區(qū)，首先對第1個鄰區(qū)，設(shè)小區(qū)編號為i，按照步驟B所述方法，并將動態(tài)估計矩陣替換為所述鄰區(qū)的動態(tài)估計矩陣，將導(dǎo)頻接收信號矩陣替換為干擾消除后的新的導(dǎo)頻接收信號矩陣，按照下式進行所述鄰區(qū)的初始信道估計：

${\hat{G}}_{il}=\frac{1}{\sqrt{p_r\mathrm{\τ}}}{\underset{\‾}{\mathrm{\Φ}}}_i{\hat{Y}}_l;$

步驟F：對目標小區(qū)的鄰區(qū)進行大尺度衰落估計

按照所述步驟C的方法計算第一個鄰區(qū)內(nèi)用戶到目標小區(qū)基站的大尺度衰落的估計；具體的方法為：

將所述步驟c1中的初始估計信道矩陣替換為所述鄰區(qū)的初始信道估計矩陣，并按照所述步驟c1的方法計算所述鄰區(qū)的大尺度衰落的估計：

并在此基礎(chǔ)上，按照所述步驟c2的方法將所述鄰區(qū)內(nèi)各用戶到目標小區(qū)基站的大尺度衰落估計值組成大尺度衰落估計矩陣：

步驟G：對目標小區(qū)的剩余其他鄰區(qū)，按照所述步驟D、E、F分別進行導(dǎo)頻信號重構(gòu)和干擾消除、初始信道估計、大尺度衰落估計，直到該目標小區(qū)的所有鄰區(qū)全部處理完畢；

步驟H：鄰區(qū)的干擾強度計算和排序

在全部鄰區(qū)的大尺度衰落估計完成后，計算各鄰區(qū)對目標小區(qū)的總干擾強度，并根據(jù)計算結(jié)果從大到小進行排序，將排序結(jié)果作為下一個處理周期中對鄰區(qū)進行大尺度衰落估計的鄰區(qū)處理順序；

其中鄰區(qū)對目標小區(qū)的總干擾強度采用下式進行計算：