大规模天线系统中的信道检测方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及大规模天线系统中的信道检测方法和装置。在一个实施例中，提供了一种用于MIMO系统中具有N个发射天线的基站中的方法，包括：确定NBF个以及另外M个相互正交的导频图案；在NBF个子空间上作波束成型，在每个波束上发送导频信号，NBF个子空间的波束上的导频信号在NBF个导频图案上分别发送；以使得每一个子空间中的各子方向使用相互正交的导频图案的方式，经由所述N个发射天线中的每一个在所述M个导频图案中的至少一部分上发送导频信号；其中NBF的值为N的10%至15%之间，M的值为N的15%至50%之间。利用大规模天线系统的信道的稀疏性，降低了导频开销，并能保持至少同等的系统性能。
【专利说明】大规模天线系统中的信道检测方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及移动通信技术，更具体地，涉及多用户多输入多输出（Multiple User Multiple Input Multiple Output，MU ΜΙΜΟ)传输技术。
【背景技术】
[0002] 随着基站天线数量的增加，导频（pilot)开销成为越来越严重的问题，尤其是对 于频分双工（FDD)系统下行链路的物理信道估计而言，其通常要求不同的天线采用正交的 导频图案。因此，导频开销随着天线数量的增加而线性地增加，这严重削弱了更多的天线所 带来的容量增益。大规模天线系统中可能在基站中使用1〇〇个以上的天线，而为所有天线 分配相互正交的导频图案非常困难。因此，精确的下行物理信道估计以及随之进行的许多 下行链路闭环ΜΙΜΟ操作，诸如预编码（precoding)和波束成形（beamforming)等，成为严 峻的挑战，尤其是对于频分双工而言。
【发明内容】
[0003] 本发明的一个主要目的在于提供新的用于ΜΜ0系统的导频信号发送方案和信道 检测方案，并能够克服现有技术中的上述缺陷。近来的多天线测量和调查显示，大规模天线 系统的无线信道在很多情况下都具有稀疏性，其信道容量只由一些自由度（远少于天线数 量）来主导。这样的稀疏性允许显著地降低导频开销并同时保持精确的信道估计。使用压 缩感知（comprehensive sensing)技术，导频开销仅随着信道的主导自由度而线性地增长， 而非随着天线数量增长。
[0004] 在一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统中具有N个发射天线的基站 中的方法，包括：确定N bf个相互正交的导频图案以及另外Μ个相互正交的导频图案；在Nbf 个子空间上作波束成型，在每个波束上发送导频信号，Nbf个子空间的波束上的导频信号在 NBF个导频图案上分别发送；以使得每一个子空间中的各子方向使用相互正交的导频图案 的方式，经由所述N个发射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导 频信号；其中N BF的值为Ν的10%至15%之间，Μ的值为Ν的15%至50%之间。在一些实 施例中，基站确定的所述NBF个和Μ个相互正交的导频图案为频域随机分布的。
[0005] 对应于上述实施例，还提供了一种用于多输入多输出系统中用户设备中的方法， 包括：接收来自基站的Ν个发射天线的N BF个波束上的导频信号；利用稀疏信号恢复算法从 所述接收自所述NBF个波束的导频信号确定虚拟信道矩阵的有效元素的到达时间的位置； 从所述接收自所述N BF个波束的导频信号中分离出具有特定到达时间的成分，并从分离出 的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素所属的活跃子空间；接收来自基站的N个发 射天线的Μ个导频图案上的导频信号；从所述Μ个导频图案的接收导频信号中分离出属于 特定活跃子空间的成分，并从分离出的各成分中恢复出相应活跃子空间的信道响应矩阵。
[0006] 在另一个实施例中，提供一种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基站 中的方法，包括：确定Μ个相互正交的导频图案；经由所述Ν个发射天线中的每一个在所述 Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信号；其中Μ的值为N的15%至50%之间。在一 些实施例中，基站确定的所述Μ个相互正交的导频图案为频域随机分布的。
[0007] 对应于上述实施例，还提供了一种用于多输入多输出系统中用户设备中的方法， 包括：接收来自基站的Ν个发射天线的导频信号；利用稀疏信号恢复算法从所述接收导频 信号确定虚拟信道矩阵的有效元素的到达时间的位置；从所述接收导频信号中分离出具有 特定到达时间的成分，并从分离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素的到达方 向。
[0008] 在又一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基 站中的装置，包括：第一装置，其配置为确定N BF个相互正交的导频图案以及另外Μ个相互正 交的导频图案；第二装置，其配置为在NBF个子空间上作波束成型，在每个波束上发送导频 信号，N BF个子空间的波束上的导频信号在NBF个导频图案上分别发送；第三装置，其配置为 以使得每一个子空间中的各子方向使用相互正交的导频图案的方式，经由所述N个发射天 线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信号；其中N BF的值为N的 10%至15%之间，Μ的值为N的15%至50%之间。在一些实施例中，确定的所述NBF个和Μ 个相互正交的导频图案为频域随机分布的。
[0009] 对应于上述实施例，还提供了一种用于多输入多输出系统中用户设备中的装置， 包括：接收装置，其配置为接收来自基站的Ν个发射天线的N BF个波束上的导频信号以及接 收来自所述N个发射天线的Μ个导频图案上的导频信号；到达时间检测装置，其配置为利用 稀疏信号恢复算法从所述接收自所述N BF个波束的导频信号确定虚拟信道矩阵的有效元素 的到达时间的位置；子空间检测装置，其配置为从所述接收自所述N BF个波束的导频信号中 分离出具有特定到达时间的成分，并从分离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元 素所属的活跃子空间；信道恢复装置，其配置为从所述Μ个导频图案的接收导频信号中分 离出属于特定活跃子空间的成分，并从分离出的各成分中恢复出相应活跃子空间的信道响 应矩阵。
[0010] 在再一个实施例中，提供了一种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基 站中的装置，包括：第一装置，其配置为确定Μ个相互正交的导频图案；第二装置，其配置为 经由所述Ν个发射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信号； 其中Μ的值为Ν的15%至50%之间。在一些实施例中，确定的所述Μ个相互正交的导频图 案为频域随机分布的。
[0011] 对应于上述实施例，提供了一种用于多输入多输出系统中用户设备中的装置，包 括：接收装置，其配置为接收来自基站的Ν个发射天线的导频信号；到达时间检测装置，其 配置为利用稀疏信号恢复算法从所述接收导频信号确定虚拟信道矩阵的有效元素的到达 时间的位置；到达方向检测装置，其配置为从所述接收导频信号中分离出具有特定到达时 间的成分，并从分离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素的到达方向。
[0012] 以上概述了本发明的技术特征和优点以使得本发明以下的详细说明更易于理解。 本发明的其他特征和优点将在下文中描述，其形成了本发明的权利要求的主题。本领域技 术人员应能理解，所揭示的概念和实施例可以容易地被用作修改或设计其他的用于实现与 本发明相同的目的的结构或流程的基础。本领域技术人员还应理解，这样的等同构造并未 背离所附权利要求书的精神和范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 结合附图，以下关于本发明的优选实施例的详细说明将更易于理解。本发明以举 例的方式予以说明，并非受限于附图，附图中类似的附图标记指示相似的元件。
[0014] 图1示出了根据本发明的一个实施例的用于多输入多输出系统中具有N个发射天 线的基站中的方法流程图；
[0015] 图2示出了根据本发明的一个实施例的用于多输入多输出系统中用户设备中的 方法流程图；
[0016] 图3示出了根据本发明的另一个实施例的用于多输入多输出系统中具有N个发射 天线的基站中的方法流程图；
[0017] 图4示出了根据本发明的另一个实施例的用于多输入多输出系统中用户设备中 的方法流程图；
[0018] 图5示出了根据本发明的一个实施例的用于多输入多输出系统中具有N个发射天 线的基站中的装置结构图；
[0019] 图6示出了根据本发明的一个实施例的用于多输入多输出系统中用户设备中的 装置结构图；
[0020] 图7示出了根据本发明的另一个实施例的用于多输入多输出系统中具有N个发射 天线的基站中的装置结构图；
[0021] 图8示出了根据本发明的另一个实施例的用于多输入多输出系统中用户设备中 的装置结构图。
【具体实施方式】
[0022] 附图的详细说明意在作为本发明的当前优选实施例的说明，而非意在代表本发明 能够得以实现的仅有形式。应理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本发明的精 神和范围之内的不同实施例完成。
[0023] 本领域技术人员应能理解，此处描述的手段和功能可以使用结合程控微处理器和 通用计算机的软件功能来实现，和/或使用特定应用集成电路（ASIC)来实现。还应理解的 是，尽管本发明主要以方法和装置的形式进行说明，本发明也可以具体化为计算机程序产 品以及包含计算机处理器和联接到处理器的存储器的系统，其中存储器用可以完成此处揭 示的功能的一个或多个程序来编码。
[0024] 本领域技术人员应能理解，本文中所称的基站或基站设备例如但不限于LTE系统 或者LTE-A系统中的节点B (Node B)或者进化节点B (evolved Node B，eNB)，本发明的技 术方案也不限于适用LTE系统或者LTE-A系统。
[0025] 第一种方案适合于到达方向的分布具有分簇特性的信道。一个基站配置有N发射 天线的线性天线阵列，采用子载波数量为NFFT的正交频分复用（0FDM)系统。无线多径信 道由P个传播路径组成，每一个传播路径的到达时间（ToA)为T k、到达方向为0k、复数幅 度为Pk(k= 1?p)。信道响应的频域表示于是可以表示为
[0026]
【权利要求】
1. 一种用于多输入多输出系统中具有N个发射天线的基站中的方法，包括： 确定NBF个相互正交的导频图案以及另外Μ个相互正交的导频图案； 在NBF个子空间上作波束成型，在每个波束上发送导频信号，NBF个子空间的波束上的导 频信号在NBF个导频图案上分别发送； 以使得每一个子空间中的各子方向使用相互正交的导频图案的方式，经由所述N个发 射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信号； 其中NBF的值为Ν的10%至15%之间，Μ的值为Ν的15%至50%之间。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述NBF个和Μ个导频图案为频域随机分布 的。
3. -种用于多输入多输出系统中用户设备中的方法，包括： 接收来自基站的Ν个发射天线的NBF个波束上的导频信号； 利用稀疏信号恢复算法从所述接收自所述NBF个波束的导频信号确定虚拟信道矩阵的 有效元素的到达时间的位置； 从所述接收自所述NBF个波束的导频信号中分离出具有特定到达时间的成分，并从分 离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素所属的活跃子空间； 接收来自所述基站的N个发射天线的Μ个导频图案上的导频信号； 从所述Μ个导频图案的接收导频信号中分离出属于特定活跃子空间的成分，并从分离 出的各成分中恢复出相应活跃子空间的信道响应矩阵。
4. 一种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基站中的方法，包括： 确定Μ个相互正交的导频信号； 经由所述Ν个发射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信 号； 其中Μ的值为Ν的15%至50%之间。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Μ个导频图案为频域随机分布的。
6. -种用于多输入多输出系统中用户设备中的方法，包括： 接收来自基站的Ν个发射天线的导频信号； 利用稀疏信号恢复算法从所述接收导频信号确定虚拟信道矩阵的有效元素的到达时 间的位置； 从所述接收导频信号中分离出具有特定到达方向的成分，并从分离出的各成分中确定 所述虚拟信道矩阵的有效元素的到达方向。
7. -种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基站中的装置，包括： 第一装置，其配置为确定NBF个相互正交的导频图案以及另外Μ个相互正交的导频图 案； 第二装置，其配置为在NBF个子空间上作波束成型，在每个波束上发送导频信号，所述 NBF个子空间的波束上的导频信号在所述NBF个导频图案上分别发送； 第三装置，其配置为以使得每一个子空间中的各子方向使用相互正交的导频图案的方 式，经由所述N个发射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少一部分上发送导频信 号； 其中NBF的值为Ν的10%至15%之间，Μ的值为Ν的15%至50%之间。
8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述NBF个和Μ个导频图案为频域随机分布 的。
9. 一种用于多输入多输出系统中用户设备中的装置，包括： 接收装置，其配置为接收来自基站的Ν个发射天线的NBF个波束上的导频信号以及接收 来自所述N个发射天线的Μ个导频图案上的导频信号；到达时间检测装置，其配置为利用稀 疏信号恢复算法从所述接收自所述NBF个波束的导频信号确定虚拟信道矩阵的有效元素的 到达时间的位置； 子空间检测装置，其配置为从所述接收自所述NBF个波束的导频信号中分离出具有特 定到达时间的成分，并从分离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素所属的活跃 子空间； 信道恢复装置，其配置为从所述Μ个导频图案的接收导频信号中分离出属于特定活跃 子空间的成分，并从分尚出的各成分中恢复出相应活跃子空间的信道响应矩阵。
10. -种用于多输入多输出系统中具有Ν个发射天线的基站中的装置，包括： 第一装置，其配置为确定Μ个相互正交的导频信号； 第二装置，其配置为经由所述Ν个发射天线中的每一个在所述Μ个导频图案中的至少 一部分上发送导频图案； 其中Μ的值为Ν的15%至50%之间。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述Μ个导频图案为频域随机分布的。
12. -种用于多输入多输出系统中用户设备中的装置，包括： 接收装置，其配置为接收来自基站的Ν个发射天线的导频信号； 到达时间检测装置，其配置为利用稀疏信号恢复算法从所述接收导频信号确定虚拟信 道矩阵的有效元素的到达时间的位置； 到达方向检测装置，其配置为从所述接收导频信号中分离出具有特定到达方向的成 分，并从分离出的各成分中确定所述虚拟信道矩阵的有效元素的到达方向。
【文档编号】H04L27/26GK104113396SQ201310134377
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月17日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】吴克颖 申请人:上海贝尔股份有限公司