稀疏信道的检测、估计、及反馈方法
【专利摘要】本发明涉及稀疏信道的检测方法，其中给出了简单有效的信道稀疏性的指标，并防止了非稀疏信道和基于稀疏信道的方法之间的失配。在非稀疏信道下，可以采用各种备选方案以使估计质量的下降和反馈开销的增加达到最小。本发明还描述了作为一种基于稀疏信道的方法的连续时域参数提取中的伪多径去除方案，该方案进一步地改进了估计质量和降低了反馈开销。
【专利说明】稀疏信道的检测、估计、及反馈方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电讯系统以及无线通讯系统领域，特别涉及无线移动网络信道检测【技术领域】，具体是指一种稀疏信道的检测、估计、及反馈方法。
【背景技术】
[0002]小区容量是衡量无线移动网络的一项重要性能指标。多点传播和空间复用技术具有将小区容量提高数倍的潜力，已为LTE-A (长期演进技术的先进版本)所采纳，并被相应地称为协作多点传输(coordinated multipoint transmission, CoMP)和多用户多输入多输出(mult1-User mult1-1nput mult1-output, MU-MIM0)。
[0003]为充分实现CoMP和MU-MMO的潜力，协作基站需要关于下行信道的全部信息，该信息需要移动用户通过上行信道反馈至基站。然而，巨大的反馈开销挤占了上行信道的容量，从而限制了 CoMP和MU-MMO的有效实现。最近提出的基于时域参数提取的信道估计和信道反馈的方法，将信道估计精度提高了一至两个数量级，并将反馈开销减少了一至两个数量级，从而解决了反馈开销过大的问题。
[0004]时域参数提取利用了无线信道的稀疏性，即通常的无线信道由稀疏的多径所构成。一个稀疏的无线信道可以由有限数目的时域参数来描述，因此只需很少的数据量，从而大大降低了信道反馈开销。
[0005]在移动网络的覆盖区域里，受地形或环境影响，某些位置上的无线信道可能是非稀疏的。这样的情形或许并不经常出现，但却给基于稀疏信道的方法，例如时域参数提取，带来了应用上的困难。当基于稀疏信道的方法应用在稠密信道时，则有可能带来信道估计质量的下降和反馈开销的增加，因此限制了 CoMP和MU-MMO的优势，并降低了小区容量。
[0006]据此，无线移动网络对检测稀疏信道的方法、装置以及系统装置以及系统有着强烈的需求。对稀疏信道的检测可以实现如下目的:(a)尽可能地以可靠且有效的方式应用基于稀疏信道的方法，(b)尽可能地防止因基于稀疏信道的方法和非稀疏信道之间的失配所带来的性能下降，以及(C)在非稀疏信道的情形下，采用备选方案使得信道估计和信道反馈的性能以及小区容量达到最优。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供能够提高信道估计的质量和降低信道反馈开销、将信道估计精度最大化且信道反馈开销最小化、并使上行信道资源得以更有效地利用的稀疏信道的检测、估计、及反馈方法。
[0008]下面的描述给出了关于本发明的若干方面的概要，以提供对这些方面的基本理解。本概要的目的是简要地介绍关于本发明若干方面的有关概念。这些介绍可以认为是后续详细描述的提要。
[0009]本发明的某些方面是关于从接收信号中实行对稀疏信道的检测。在信道被检测为稀疏的情形下，采用基于稀疏信道的方法保证了信道估计的高精度和低反馈开销。[0010]在本发明的一些进一步的方面，稀疏信道检测可以采用若干不同的检测变量。这些检测变量包括所捕获的相对信道能量，所捕获的相对总能量，以及匹配误差。
[0011]在本发明的另外一些方面，连续时域参数提取被用来进行信道估计和反馈。伪多径可以通过一依赖于观测噪声能量的阈值被去除，从而进一步地改进了估计精度和降低了反馈开销。
[0012]本发明还有一些方面涉及在信道被确定为非稀疏时，信道估计和反馈的各种备选方案。备选方案可以通过由稀疏信道检测所得到的信息来选择。进一步地，如果反馈开销太大，移动用户可以通知网络以使网络得知信道不适于反馈。网络可以据此暂时停止该移动用户的信道反馈功能，使其不再参与CoMP和MU-MM0，并将信道反馈功能赋予其他移动用户。如果上行信道可以支持增大的反馈开销，网络也可以决定不中断信道反馈。上述方面使得上行信道资源得以更有效地利用，并充分发挥了 CoMP和MU-MMO在网络中的效益。
[0013]综上所述，本发明的优点在于提供了简单而有效的稀疏信道检测方法，通过尽可能地采用基于稀疏信道的方法来提高信道估计的质量和降低信道反馈开销，并提供了用于非稀疏信道的备选方案，将信道估计精度最大化，信道反馈开销最小化，并使上行信道资源得以更有效地利用。更多的优点和新颖独到的特征可以通过对下面关于本发明的详细描述和附图的研究而变得更加显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1 (a)、l (b)、l (c)描述了时域上示范性的稀疏信道和非稀疏信道。
[0015]图2描述了稀疏信道的检测、估计、以及反馈的示范性框图。
[0016]图3描述了选择信道估计备选方案的示范性流程图。
[0017]图4描述了选择信道反馈备选方案的示范性流程图。
【具体实施方式】
[0018]为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
[0019]借助附图，下文更充分地描述了本发明中所公开的发明主旨。附图描述了本发明的一些(但不是全部)方面或一些具体实现。描述中所引用的数字标记对应于附图中相应的元素。本发明的种种方面可以通过许多不同的方式实现，因此不应被认为受限于本发明中所描述的范例性实现。下文中描述了若干用于解释目的的具体细节，以期达到对发明主旨的详尽理解。然而在许多情况下，将发明主旨付诸实践可能并不一定需要这些具体细节。在另外一些场合，为了突出对发明主旨的描述，众所周知的方法、步骤、以及组成部分的细节则不再详述。
[0020]在下文中，术语“信道反馈”指的是全部信道信息的反馈，即所有的解调数据所需的信道信息，而不是指个别信道特征(如信噪比)的反馈。
[0021]大部分无线信道由稀疏的多径构成。非稀疏信道则有许多稠密分布的多径。图1描述了时域上示范性的稀疏信道和非稀疏信道。图1 (a)示出了一具有长延迟的示范性稀疏信道。图1 (b)示出了一具有短延迟的示范性稀疏信道。图1 (C)示出了一示范性非稀疏信道。在连续时域上，多径的传播延迟并不一定是采样间隔的整数倍。而在离散时域上，信道由位于采样间隔的整数格点处的信道抽头所描述。对于离散时域上的稀疏信道来说，大部分的信道能量集中在有限数目的具有支配性能量的信道抽头上。
[0022]如果信道首先在频域上所观测，如正交频分复用(OFDM)中的若干用于信道估计的参考信号(Reference Signal, RS)子载波，时域上的信道观测可以通过下述方式从频域上
的信道观测而导出。频域上的信道观测可以写为
[0023]
【权利要求】
1.一种信道估计方法，其特征在于，该方法包括: Ca)从接收信号中计算一个或多个检测变量， (b)基于所述的一个或多个检测变量，检测接收信号所通过的信道的稀疏性，以及 (c)如果所述的信道被检测为是稀疏的，则采用基于稀疏信道的方法进行信道估计，如果所述的信道被检测为是非稀疏的，则采用一备选方案进行信道估计。
2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，计算所述的基于所述的一个或多个检测变量进一步包括: (a)将一频域信道观测向量延拓为长度为预先确定的离散逆傅里叶变换长度的延拓向量，以及 (b)通过离散逆傅里叶变换，将所述的延拓向量变换为一时域信道观测向量，该时域信道观测向量亦被称为信道抽头的观测向量。
3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，对所述的频域信道观测向量进行延拓进一步包括在没有频域信道观测值的位置处补零。
4.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述的检测变量为下列情形之 Ca)由给定数目的所观测到的信道抽头所捕获的相对信道能量， (b)由给定数目的所观测到的信道抽头所捕获的相对总能量，以及 (C)匹配误差。
5.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，检测所述的信道的稀疏性进一步包括将所述的检测变量与一预先确定的检测阈值相比较。
6.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，进一步包括:通过估计频域信道观测噪声的方差而对时域信道观测噪声的能量进行估计。
7.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，进一步包括:采用分布函数方法对时域信道观测噪声的能量进行估计。
8.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述的基于稀疏信道的方法为连续时域参数提取。
9.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述的基于稀疏信道的方法为离散时域参数提取。
10.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述的备选方案为下列情形之 (a)所述的基于稀疏信道的方法，该方法的时域参数数目与针对所述的稀疏信道的时域参数数目相同， (b)所述的基于稀疏信道的方法，该方法具有更多数目的时域参数，以及 (C) 一种传统的信道估计方法。
11.一种网络中的信道反馈方法，其特征在于，该方法包括: Ca)从接收信号中计算一个或多个检测变量， (b)基于所述的一个或多个检测变量，检测接收信号所通过的信道的稀疏性，以及(C)如果所述的信道被检测为是稀疏的，则采用基于稀疏信道的方法进行信道反馈，如果所述的信道被检测为是非稀疏的，则采用一备选方案进行信道反馈。
12.根据权利要求11所述的网络中的信道反馈方法，其特征在于，采用基于稀疏信道的方法进行信道反馈进一步包括: Ca)提取所述的稀疏信道的时域参数，以及 (b)将所提取的时域参数进行反馈。
13.根据权利要求12所述的网络中的信道反馈方法，其特征在于，将所提取的时域参数进行反馈进一步包括采用数据压缩技术将所提取的时域参数进行压缩。
14.根据权利要求11所述的网络中的信道反馈方法，其特征在于，所述的备选方案为下列情形之一: Ca)所述的基于稀疏信道的方法，该方法的时域参数数目与针对所述的稀疏信道的时域参数数目相同， (b)所述的基于稀疏信道的方法，该方法具有更多数目的时域参数，以及 (c)通过信令步骤与所述的网络交换信息。
15.根据权利要求14所述的网络中的信道反馈方法，其特征在于，通过信令步骤与所述的网络交换信息进一步包括: Ca)将过高的反馈开销通知于所述的网络， (b)查看所述的网络 的回复，以及 (c)如果所述的网络的回复是停止信道反馈，则将信道反馈停止。如果所述的网络的回复是可以进行信道反馈，则通过如下方式之一继续进行信道反馈: (i )所述的基于稀疏信道的方法，该方法的时域参数数目与针对所述的稀疏信道的时域参数数目相同， (?)所述的基于稀疏信道的方法，该方法具有更多数目的时域参数，以及 (iii)一种传统的信道反馈方法。
16.一种信道中时域参数的提取方法，其特征在于，该方法包括: Ca)从接收信号中的导频信号产生一信道观测集， (b)构造所述的信道观测和一时域信道模型之间的匹配误差，所述的时域信道模型包含一时域参数集，所述的时域参数包含多径的数目以及所述的多径的复幅度和传播延迟， (c)通过对所述的匹配误差实施递归式最小化以检测一个或多个多径，并确定所检测出的多径的复幅度和传播延迟， Cd)对每一检测出的多径进行伪多径检测，如果一所述的多径被确定为伪多径，则将该多径去除， (e)重复步骤(c)和(d)直至所述的伪多径被检测出并被去除，或直至给定数目的多径已被检测出，以及 (f)在给定所检测出的多径的传播延迟处，通过对所述的匹配误差实施最小化，对所有检测出的、非伪多径的多径的复幅度进行细化改进， 据此，所述的检测出的多径的数目、所述的检测出的多径的经细化改进后的复幅度、以及所述的检测出的多径的传播延迟即为提取出的时域参数。
17.根据权利要求16所述的信道中时域参数的提取方法，其特征在于，对每一检测出的多径进行伪多径检测进一步包括: Ca)计算所述的检测出的多径的能量，(b)将所述的检测出的多径的能量与一伪多径阈值相比较，该伪多径阈值正比于时域观测噪声或频域观测噪声的能量，以及 (C)如果所述的检测出的多径的能量小于所述的伪多径阈值，则认为所述的检测出的多径为伪多径。
18.根据权利要求16所述的信道中时域参数的提取方法，其特征在于，进一步包括采用所述的提取出的时域参数来重构所述的信道，据此，重构出的信道可以作为所述的信道的估计。
19.根据权利要求16所述的信道中时域参数的提取方法，其特征在于，进一步包括通过反馈所述的提取出的时域参数的方式来进行信道反馈。
20.根据权利要求16所述的信道中时域参数的提取方法，其特征在于，进一步包括采用所述的所提取出的时域参数作为初始猜测来求解对匹配误差的完整最小化，据此，所述的完整最小化的解为 所述的所提取出的时域参数的改进。
【文档编号】H04L25/02GK103997470SQ201410045387
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月15日
【发明者】王晓安 申请人:王晓安