宽带大规模MIMO系统导频池及信道信息获取方法和装置与流程

本发明涉及一种宽带大规模MIMO多用户导频设计及信道信息获取方法和装置，尤其涉及一种基于Zadoff-Chu序列的宽带多用户大规模MIMO系统多用户上行和下行导频设计及信道信息获取方法和装置。

背景技术：

大规模MIMO在提高功率效率和频谱效率、抑制干扰以及鲁棒传输等方面都具有非常巨大的优势，是未来移动通信关键技术之一。正交频分复用(OFDM)技术能够将宽带信道分解为多个并行的窄带信道，适用于实际的无线传播信道。大规模MIMO与OFDM相结合是下一代宽带移动通信系统的发展趋势之一。

在实际无线通信系统中，为了准确及时地获取信道信息，常采用基于导频辅助的信道估计方法。对于多用户大规模MIMO-OFDM无线通信系统来说，大量待估计的信道参数会导致巨大的导频开销，同时线性最小均方误差信道估计需要高维矩阵求逆运算，实现复杂度较高。如何减小系统的导频开销以及降低信道估计的复杂度是大规模MIMO系统亟需解决的核心问题之一。

采用压缩感知进行信号精确重建时，随机测量矩阵能够提供最优性能，但在实际应用中需要存储并访问随机矩阵，且硬件实现成本较高。目前已经研究了一些结构性测量矩阵，如随机卷积矩阵，Toeplitz结构随机矩阵，随机序列调制构建测量矩阵等等，在一定程度上降低了测量矩阵的随机性，但仍无法避免随机性，也不太容易扩展到现有的系统中。因此非常有必要研究确定性的测量矩阵。

Zadoff-Chu序列具有良好的周期自相关性和互相关性，目前在LTE中被用作参考信号序列。利用Zadoff-Chu序列良好的相关性质和大规模MIMO信道通常呈现出较强空间局部性和时域稀疏特性的特点，本发明给出了一种基于Zadoff-Chu序列的宽带多用户大规模MIMO系统上行和下行信道估计方法。该方法不仅可以显著降低系统的导频开销，而且更有利于实际系统实现。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种基于Zadoff-Chu序列的宽带多用户大规模MIMO系统上行和下行导频设计及信道信息获取方法和装置，节省系统的导频开销并降低信道估计的复杂度。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽带大规模MIMO系统多用户上行导频设计及信道信息获取方法，包括：将多个由不同根指数生成的Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子调制后的序列构成上行导频池；基站实施导频调度从上行导频池中为各用户各发送端口选取上行导频信号，并将选择结果发送给各用户；在上行信道训练中，用户发送上行导频信号，基站依据接收的导频信号实施信道信息获取。

所述宽带大规模MIMO系统采用带循环前缀的正交频分复用(OFDM)调制方式，在上行信道训练中，小区中各用户在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站依据接收到的导频信号进行小区中各用户的上行链路信道估计。

生成Zadoff-Chu序列的根指数在与序列长度互素且小于序列长度的所有正整数中选择。

从上行导频池中为各用户各发送端口选取上行导频信号的准则为：不同小区中的用户使用的导频序列的根指数不同；同一小区中，两个不同发送端口使用的导频序列的根指数相同或不同，当根指数相同时，其对应的导频序列的调制因子不同。

基站依据信道统计信息和各小区可用于生成导频的根指数实施上行导频资源调度，可采用的导频调度算法包括但不限于穷举搜索和贪婪算法；上行导频调度完成后，基站将各用户上行导频序列的根指数和调制因子，或两者的编码，通过下行链路发送给各个用户。

基站依据给定准则采用染色算法实现导频资源调度，所述给定准则包括但不限于信道估计均方误差之和最小(MMSE)准则；在MMSE准则下的步骤包括：

初始化用户集合及已分配导频的用户集合；

在所有用户中选择信道重合度之和最大的用户，为其每个发送端口依次分配第一根指数下不同调制因子对应的导频，若第一根指数对应的导频不够，则选择下一根指数对应的导频，分配完成后更新已分配导频的用户集合；

在所有未分配导频的用户中，选择与已分配导频用户的信道重合度之和最大的用户，若这样的用户不止一个，则在其中选择与所有未分配导频用户的信道重合度之和最大的用户，在当前分配根指数下未分配的调制因子中找出满足给定条件的最小调制因子对应的导频，为其第一发送端口分配该导频，其余发送端口按顺序依次分配，若当前分配根指数导频数量不足或没有满足给定条件的调制因子，则选择下一根指数对应的导频依次进行分配，分配完成后更新已分配导频的用户集合；重复本步骤直至调度完成。

在各用户移动过程中，随着基站与各用户间信道统计特性的变化，动态地实施所述导频调度过程。

一种宽带大规模MIMO系统多用户上行导频设计及信道信息获取装置，包括基站侧装置和用户侧装置；

所述基站侧装置，包括：

导频序列生成模块，用于根据不同根指数生成多个Zadoff-Chu序列，以及将生成的Zadoff-Chu序列经过不同调制因子进行调制，生成调制后的序列；

上行导频池，用于保存所述导频序列生成模块生成的Zadoff-Chu序列及调制后的序列；

上行导频调度模块，用于从所述上行导频池中为各用户各发送端口选取上行导频信号；

导频选择结果发送模块：用于将上行导频调度模块所得到的选择结果向各用户发送；

以及上行信道估计模块，用于依据接收的导频信号实施信道信息获取；

所述用户侧装置，包括：

上行导频序列生成模块，用于依据接收到的从基站发来的导频选择结果信息生成上行导频序列；

以及上行导频发送模块，用于发送由所述上行导频信号生成模块生成的上行导频序列。

一种宽带大规模MIMO系统多用户下行导频设计及信道信息获取方法，包括：将多个由不同根指数生成的Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子调制后的序列构成下行导频池；基站实施导频调度从下行导频池中为各波束选取下行导频信号，并将选择结果发送给各用户；在下行信道训练中，基站发送下行波束域导频信号，用户依据接收的导频信号实施信道信息获取。

所述宽带大规模MIMO系统采用带循环前缀的正交频分复用(OFDM)调制方式，在下行信道训练中，基站在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送下行波束域导频信号，用户依据接收到的下行链路导频信号实施下行信道估计。

生成Zadoff-Chu序列的根指数在与序列长度互素且小于序列长度的所有正整数中选择。

从下行导频池中为各波束选取的下行导频信号的准则为：不同波束上使用的导频信号可以不正交；不同波束可以使用由相同或者不同根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，当不同波束使用由同一根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，其所用序列的调制因子不相同。

基站采用如下步骤实施导频调度，并将各波束所使用的下行导频序列的根指数集合和调制因子集合，或两者的编码，通过下行链路发送给各个用户：

为第一波束分配第一根指数下调制因子为0的导频序列；

对于未分配导频的波束，若当前根指数下调制序列还未使用完，则将当前根指数下未被分配的调制后的一个序列分配给该波束；若当前根指数下调制序列已经使用完，则选取下一个根指数下调制因子为0的序列分配给该波束；重复该步骤直至所有波束均已分配相应的导频序列。

在各用户移动过程中，随着基站与各用户间信道特性的变化，动态地实施所述导频调度过程。

在下行信道训练中，用户利用接收到的导频信号实施下行信道估计的算法包括但不限于基于压缩感知的信道估计算法。

一种宽带大规模MIMO系统多用户下行导频设计及信道信息获取装置，包括基站侧装置和用户侧装置；

所述基站侧装置，包括：

导频序列生成模块，用于根据不同根指数生成多个Zadoff-Chu序列，以及将生成的Zadoff-Chu序列经过不同调制因子进行调制，生成调制后的序列；

下行导频池，用于保存所述导频序列生成模块生成的Zadoff-Chu序列及调制后的序列；

下行导频调度模块，用于从所述上行导频池中为各波束选取下行导频信号；

导频选择结果发送模块：用于将下行导频调度模块所得到的选择结果向各用户发送；

以及下行导频发送模块，用于根据下行导频调度模块的波束导频分配结果发送下行波束域导频信号；

所述用户侧装置，包括：

下行导频矩阵生成模块，用于依据接收到的从基站发来的各波束下行导频选择结果信息生成下行导频矩阵；

以及下行信道估计模块，用于依据下行导频矩阵及接收的导频信号实施信道信息获取。

有益效果：本发明提供的基于Zadoff-Chu序列的宽带多用户大规模MIMO系统上行和下行导频设计与信道估计方法的基本特点是，基于由不同根指数生成的多个Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子调制后生成的序列构建上行及下行导频池。上行各用户各发送端口(天线口或波束口)频域导频信号由基站侧在上行导频池中选取，选取的导频序列满足如下设计准则：不同小区中的用户使用的导频序列的根指数不同；同一小区中，两个不同发送端口(天线或波束)使用的导频序列的根指数相同或不同，当根指数相同时，其对应的导频序列的调制因子不同。基站侧依据信道统计信息和可用于生成该小区用户导频的根指数，实施上行导频资源调度。在上行信道训练中，不同用户在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站侧据此获取各用户的信道估计值。在各用户移动过程中，随信道长时统计特性的变化动态地实施上行导频调度。在下行信道训练中，基站发送导频给用户，用户依据接收到的导频信号估计信道信息。下行导频信号在波束域(由波束成形生成的一组波束收发端口)发送，且由基站侧在下行导频池中选取，选取的导频序列满足如下设计准则：不同波束上的导频信号不要求满足正交条件；不同波束使用由多个不同根指数生成的Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子的调制后所产生的序列。本发明能够降低系统的导频开销，提高无线通信系统的频谱效率及功率效率。与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用基于多个Zadoff-Chu序列所构建的导频池可以大幅降低大规模MIMO系统的导频开销，进而提升系统的频谱效率及功率效率。

2、利用Zadoff-Chu序列良好的自相关和互相关特性，提升了信道估计的准确性。

3、依据各用户的统计信道信息，对导频资源进行自适应调度，在降低导频开销的同时，保障信道估计性能，并提升系统的灵活性。

4、本方法中的导频矩阵为采用Zadoff-Chu序列构造的确定性矩阵，与压缩感知技术中常用的随机导频矩阵相比，更加适用于实际系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为上行导频设计及信道信息获取方法流程图。

图2为上行导频设计及信道信息获取装置结构框图。

图3为下行导频设计及信道信息获取方法流程图。

图4为下行导频设计及信道信息获取装置结构框图。

图5为单小区大规模MIMO系统示意图。

图6为上行导频池生成流程示意图。

图7为各用户上行导频生成流程示意图。

图8为下行导频池生成流程示意图。

图9为各用户下行导频生成流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开的一种宽带大规模MIMO系统多用户上行导频设计及信道信息获取方法，主要包括：(1)将多个由不同根指数生成的Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子调制后的序列构成上行导频池；(2)基站实施导频调度从上行导频池中为各用户各发送端口选取上行导频信号，并将选择结果发送给各用户；(3)在上行信道训练中，用户发送上行导频信号，基站依据接收的导频信号实施信道信息获取。

通信系统采用带循环前缀的正交频分复用(OFDM)调制方式，基站在相同的时频资源上与多个用户同时进行无线通信；通信过程中通过导频信号实施信道信息获取。在上行信道训练中，小区中各用户在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站依据接收到的导频信号进行小区中各用户的上行链路信道估计。

上行频域导频信号由基站侧在上行导频池中选取，选取的导频序列满足如下设计准则：不同小区中的用户使用的导频序列的根指数不同；同一小区中，两个不同发送端口(天线或波束)使用的导频序列的根指数相同或不同，当根指数相同时，其对应的导频序列的调制因子不同。

如图2所示，本发明实施例公开的一种宽带大规模MIMO系统多用户上行导频设计及信道信息获取的装置，包括基站侧装置和用户侧装置；其中基站侧装置，包括：导频序列生成模块，用于根据不同根指数生成多个Zadoff-Chu序列，以及将生成的Zadoff-Chu序列经过不同调制因子进行调制，生成调制后的序列；上行导频池，用于保存导频序列生成模块生成的Zadoff-Chu序列及调制后的序列；上行导频调度模块，用于从所述上行导频池中为各用户各发送端口选取上行导频信号；导频选择结果发送模块，用于将上行导频调度模块所得到的选择结果向各用户发送；以及上行信道估计模块，用于依据接收的导频信号实施信道信息获取。用户侧装置，包括：上行导频序列生成模块，用于依据接收到的从基站发来的导频选择结果信息生成上行导频序列；以及上行导频发送模块，用于发送由上行导频信号生成模块生成的上行导频序列。

如图3所示，本发明实施例公开的一种宽带大规模MIMO系统多用户下行导频设计及信道信息获取方法，包括：(1)将多个由不同根指数生成的Zadoff-Chu序列及其经过不同调制因子调制后的序列构成下行导频池；(2)基站实施导频调度从下行导频池中为各波束选取下行导频信号，并将选择结果发送给各用户；(3)在下行信道训练中，基站发送下行波束域导频信号，用户依据接收的导频信号实施信道信息获取。

在下行信道训练中，基站在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送下行波束域导频信号，用户依据接收到的下行链路导频信号实施下行信道估计。下行导频信号在波束域发送，从下行导频池选取的导频序列满足如下设计准则：不同波束上使用的导频信号可以不正交；不同波束可以使用由相同或者不同根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，当不同波束使用由同一根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，其所用序列的调制因子不相同。

如图4所示，本发明实施例公开的一种宽带大规模MIMO系统多用户下行导频设计及信道信息获取装置，包括基站侧装置和用户侧装置；其中，基站侧装置，包括：导频序列生成模块，用于根据不同根指数生成多个Zadoff-Chu序列，以及将生成的Zadoff-Chu序列经过不同调制因子进行调制，生成调制后的序列；下行导频池，用于保存导频序列生成模块生成的Zadoff-Chu序列及调制后的序列；下行导频调度模块，用于从所述上行导频池中为各波束选取下行导频信号；导频选择结果发送模块，用于将下行导频调度模块所得到的选择结果向各用户发送；以及下行导频发送模块，用于根据下行导频调度模块的波束导频分配结果发送下行波束域导频信号。用户侧装置，包括：下行导频矩阵生成模块，用于依据接收到的从基站发来的各波束下行导频选择结果信息生成下行导频矩阵；以及下行信道估计模块，用于依据下行导频矩阵及接收的导频信号实施信道信息获取。

本发明方法主要适用于基站侧配备大规模天线阵列以同时服务多个用户的大规模MIMO-OFDM系统。下面结合具体的通信系统实例对本发明涉及的上行和下行导频设计及信道信息获取方法的具体实现过程作详细说明，需要说明的是本发明方法不仅适用于下面示例所举的具体系统模型，也同样适用于其它配置的系统模型。

一、系统配置

在此实施例中，考虑大规模MIMO-OFDM系统，基站侧配置包含数十个以上天线单元的大规模天线阵列，大规模天线阵列可采用线阵列、圆阵列或者板阵列等多种阵列结构之一。假设基站侧配备的天线单元数目为N_BS，各天线单元可采用全向天线或者扇区天线，当各天线单元采用全向天线、120度扇区天线和60度扇区天线时，各天线单元之间的间距可配置为1/2波长、波长和1个波长。各天线单元可采用单极化或多极化天线。图5为单小区大规模MIMO系统示意图，假设小区中存在K个配备多根天线的用户，每个用户配备N_UT根天线。采用带循环前缀的正交频分复用(OFDM)调制传输技术，子载波个数为N，采用其中的N_c个子载波发送频域导频序列，称这N_c个子载波为有效子载波，循环前缀长度为N_g。

二、上行导频设计及信道信息获取

1、上行信号模型

下面以用户终端天线作为发送端口的上行信号模型。以用户终端波束为发送端口的情况相似。以单小区场景为例，令表示在第n个有效子载波上第k个用户第t根天线与基站的N_BS根天线之间的上行链路信道频率响应，则第k个用户第t根天线的信道频率响应可表示为

令表示第k个用户第t根天线发送的频域导频矢量x_k,t所构成的矩阵，X_k,t对角元素所构成的矢量即为频域导频矢量x_k,t，即：X_k,t＝diag{x_k,t}，则基站接收到的OFDM频域信号可以表示为

其中，表示基站的接收信号，表示加性白高斯噪声矩阵，其各个元素的均值为零，方差为σ_z。

令表示空间-频率域矩阵的自相关阵。当天线数目较大时，的特征矩阵趋于同一个矩阵U^ul(自相关阵的特征向量组成的酉矩阵)，且可近似表示为：

其中为取决于基站侧天线配置方式的酉矩阵，表示N_c维酉DFT矩阵的前N_g列。

设空间-频率域信道矩阵的波束-时延域信道响应矩阵为则空间-频率域信道响应矩阵和波束-时延域信道响应矩阵的关系可表示如下：

其中波束-时延域信道响应矩阵的计算公式如下：

采用波束-时延域信道表示，则(1)式给出的接收信号可以表示为：

2、上行导频设计

为降低大规模MIMO无线通信系统的导频开销，利用具有良好自相关和互相关特性的Zadoff-Chu序列构造上行导频池。由序列长度和根指数可生成相应的Zadoff-Chu序列，其中根指数在与序列长度互素且小于序列长度的所有整数中选择。对于给定的序列长度，不同根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后生成的序列共同构造出上行导频池。上行导频池生成流程示意图如图6所示，具体构造流程如下：

(1)根据序列长度N_c确定可用于生成Zadoff-Chu序列的根指数集合其中r_i为小于N_c且与N_c互质的正整数，L为根指数的个数，可由欧拉公式得到。假设序列长度为素数，则小于序列长度的所有正整数都可以作为根指数来生成Zadoff-Chu序列。每个小区可使用的根指数r_i的具体取值集合的大小可根据小区内可以支持的用户终端发送端口(天线或波束)总数N_port和循环前缀的长度确定N_g，如N_port/N_g。

(2)采用上一步产生的每个根指数r_i，按照下式产生Zadoff-Chu序列矢量的第n个元素：

其中，(·)₂表示对2取余。

(3)对进行调制，产生序列其中为的第τ列，为调制因子，⊙表示逐元素乘积。τ的具体取值集合可根据循环前缀长度N_g确定，如

(4)将上一步中Zadoff-Chu序列经调制后产生的序列放入导频池，由此建立上行导频池，其中τ取值为0时所对应的序列可以看成是未经调制的原序列。

小区中各用户在一个OFDM符号的N_C个子载波上同时发送上行导频信号，上行频域导频信号由基站侧在上行导频池中选取，选取的导频序列满足如下设计准则：不同小区中的用户使用的导频序列的根指数不同；同一小区中，两个不同发送端口(天线或波束)使用的导频序列的根指数相同或不同，当根指数相同时，其对应的导频序列的调制因子不同。

基站侧将上行导频调度所得的各用户各自生成上行导频序列的根指数和移位因子，或其编码，通过下行链路发送给各个用户。各用户依据接收到的生成上行导频序列的根指数和移位因子生成各自的上行导频序列。各用户上行导频生成流程示意图如图7所示。

3、上行信道估计

在上行信道训练中，小区中各用户在一个OFDM符号的N_C个子载波上同时发送上行导频信号。基站利用接收到的上行导频信号和各用户信道的统计信息，实现小区中各用户的信道估计。其中各用户信道的统计信息可在基站侧通过各用户的上行探测来获取，不同用户的探测信号不要求使用正交时频资源。下面以用户终端天线作为发送端口的上行信道估计。以用户终端波束为发送端口的情况相似。

令r_k,t和τ_k,t分别表示第k个用户第t根天线所用导频对应的根指数和调制因子，则该天线的频域导频信号矩阵为

其中，σ_tr表示上行导频信号功率，则有

基站接收到的导频信号可表示为：

基站依据接收到的导频信号进行信道估计，获得各用户信道的估计值及其均方误差。利用波束-时延域信道各元素之间的解相关特性，基站侧可以实现低复杂度的线性最小均方误差大规模MIMO-OFDM信道参数估计。

对于第k个用户第t根天线，首先获得其波束-时延域信道参数的最小二乘估计值为

其中，ρ＝σ_tr/σ_z为信噪比，中各元素独立且服从分布。

依据大规模MIMO-OFDM信道的波束-时延域二维统计信道信息，可获得其波束-时延域信道参数的线性最小均方误差估计。由于大规模MIMO-OFDM信道在波束-时延域呈现解相关特性，可以对的每个元素分别进行线性最小均方误差估计，从而降低实现复杂度，其第i行第j列元素的估计式为：

其中，

Ω_k,t为波束-时延域二维统计信道信息，可在基站侧通过各用户的上行探测获取。由MMSE估计的正交性，可得估计误差为

由(3)式即可得到空间-频率域信道矩阵的估计值

4、上行导频调度

上行导频调度在基站侧根据各用户的统计信道信息和该基站所在小区对应的根指数集合完成。基站依据某一给定准则，如信道估计均方误差之和最小准则，对小区中的用户及导频池中可用导频资源进行调度，确定各用户各天线使用的Zadoff-Chu序列对应的根指数和调制因子，并通知小区中各用户。下面以用户终端天线作为发送端口的上行导频调度。以用户终端波束为发送端口的情况相似。

设小区中存在K个被调度的用户，导频序列长度为N_c，以表示被调度用户集合，表示可用于生成该小区用户导频序列的根指数集合。两根不同天线使用的导频序列的根指数可以相同，当根指数相同时，其对应的导频序列的调制因子不同。同一用户的不同天线优先分配根指数相同的导频序列，当该根指数对应的导频序列分配完之后，则可使用其他根指数生成的导频序列；在本实施例中，同一用户任意两不同天线的导频序列的根指数如果相同，则将两序列的调制因子之差设置为不小于频带保护间隔的数值N_g。令r_k,t和τ_k,t分别表示第k个用户第t根天线所使用的导频序列对应的根指数和调制因子，表示导频分配模式，其中和分别为分配给第k个用户各天线的导频序列的根指数集合及调制因子集合，由此可得到对应的频域导频信号。

上行信道估计均方误差之和为

基于信道估计均方误差之和最小准则的导频调度即是：搜索出使得ε^ul最小的导频分配方案该导频调度可通过穷举搜索或贪婪算法完成，此处以染色算法为例，给出如何实现导频资源调度的过程。

定义用户k与用户k'之间的信道重合度为：

定义用户k与用户k'之间的干扰度为：

令α表示两用户间干扰度的门限值，则基于染色算法的导频调度算法描述如下：

步骤1：初始化用户集合：用户集合已分配导频的用户集合

步骤2：初始化导频分配：在所有用户中选择信道重合度之和最大的用户u，即

为其分配根指数为r₁、调制因子为0,N_g,2N_g,...,(N_UT-1)N_g的导频，这些导频依次分配给该用户的N_UT根天线。当该根指数下的导频分配完成时，则选择下一根指数生成的导频，且调制因子重新从0开始以N_g的间隔递增，直至该用户所有天线的导频序列均分配完成。更新已分配导频的用户集合：

步骤3：用户选择：在所有未分配导频的用户中，选出与已分配导频用户的信道重合度之和最大的用户，即

如果这样的用户不止一个，则在其中选出与所有未分配导频用户的信道重合度之和最大的用户。即

步骤4：导频分配：为步骤3中选择出的用户u分配导频。若当前根指数下调制因子为0～N_g-1的导频还未被分配完毕，则在这些调制因子中寻找一最小调制因子满足下述条件

将该调制因子分配给该用户的第一根天线，且剩余天线对应的调制因子以N_g的间隔依次递增，递增过程中若可用导频数量不足，则考虑下一个根指数，且对应的调制因子重新从0开始以N_g的间隔递增，依次分配给各天线；若已分配完毕或无法找到满足该条件的调制因子值，则考虑下一个根指数，且对应的调制因子从0开始以N_g的间隔递增，依次分配给该用户的N_UT根天线。

步骤5：如果返回步骤3进行循环；否则终止调度。

在各用户移动过程中，随着基站与各用户间信道的长时统计特性的变化，基站侧动态地实施前述导频调度，形成更新后的导频分配，进而实施前述的信道估计方法。长时统计特性的变化与具体的应用场景有关，其典型统计时间窗是短时传输时间窗的数倍或数十倍，相关的信道统计信息的获取也在较大的时间宽度上进行。

三、下行导频设计及信道信息获取

1、下行信号模型

考虑单小区场景，以表示基站第i个发送端口(波束)在频域发送的导频序列，表示基站第i个发送端口与第k个用户第j个接收端口(天线或波束)之间的信道频率响应。则下行频域信号表示为：

其中表示第k个用户第j个接收端口收到的导频信号，表示加性白高斯噪声，其各个元素的均值为零，方差为令则上式可表示如下：

其中为基站端发送端口和第k个用户第j个接收端口之间的信道响应矩阵，P为波束域导频矩阵，为矩阵的向量表示。

2、下行导频设计

为了减少大规模MIMO系统信道估计的导频开销，采用Zadoff-Chu序列构建下行导频池。由序列长度和根指数可生成相应的Zadoff-Chu序列，其中根指数可以在与序列长度互素且小于序列长度的所有整数中选择。对于给定的序列长度，不同根指数对应的Zadoff-Chu序列经过调制后生成的所有序列共同构造出下行导频池。下行导频信号在波束域发送，选取的导频序列满足如下设计准则：不同波束上使用的导频信号可以不正交；不同波束可以使用由相同或者不同根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，当不同波束使用由同一根指数生成的Zadoff-Chu序列经过调制后所产生的序列，其所用序列的调制因子不相同。

下行导频池生成流程示意图如图8所示，具体构造流程如下：

(1)根据序列长度N_c确定可用于生成Zadoff-Chu序列的根指数集合其中r_i为小于N_c且与N_c互质的正整数，L为根指数的个数，可由欧拉公式得到。假设序列长度为素数，则小于序列长度的所有正整数都可以作为根指数来生成Zadoff-Chu序列。每个小区可使用的根指数r_i的具体取值集合的大小可根据基站发送端口(波束)总数N_port和循环前缀的长度确定N_g，如N_port/N_g。

(2)采用上一步产生的每个根指数r_i，按照下式产生Zadoff-Chu序列矢量的第n个元素：

其中，(·)₂表示对2取余。

(3)对进行调制，产生序列其中为的第φ列，为调制因子，⊙表示逐元素乘积。φ的具体取值集合可根据循环前缀长度N_g确定，如

(4)将上一步中Zadoff-Chu序列经调制后产生的序列放入导频池，由此建立下行导频池，其中φ取值为0时所对应的序列可以看成是未经调制的原序列。

下行导频信号在波束域发送，基站侧按照如下过程在下行导频池中选取导频分配给各波束：

步骤1：初始化导频分配，为波束1分配根指数为r₁、调制因子为0的导频序列。

步骤2：对于未分配导频的波束i，若当前根指数下调制序列还未使用完，则将当前根指数下未被分配的调制后的一个序列分配给波束i；若当前根指数下调制序列已经使用完，则选取下一个根指数下调制因子为0的序列分配给波束i。

步骤3：重复步骤2，直到所有波束均已分配相应的导频序列。

由上述步骤即可获得波束域导频矩阵P。

基站侧将各波束所使用下行导频序列的根指数集合和调制因子集合，或其编码，通过下行链路发送给各个用户。各用户依据接收到的各波束所使用下行导频序列的根指数集合和调制因子集合生成下行导频矩阵。各用户下行导频矩阵生成流程示意图如图9所示。

3、下行信道估计

在下行信道训练中，用户依据接收到的下行链路导频信号实施信道估计。在此实施例中，用户采用基于子空间追踪的算法来实施下行信道估计。

用户侧接收到的导频信号可以表示为：

将接收信号波束域导频矩阵以及波束域信道稀疏度s作为基于子空间追踪的恢复算法的输入，对波束域信道矩阵进行估计。

基于子空间追踪的恢复算法具体步骤表示如下：

步骤1：输入用户侧接收导频数据波束域导频矩阵P，波束域信道的稀疏度s，接收端信噪比估计值SNR，残余接收信号与导频矩阵的列向量间相关性的门限值η；

步骤2：初始化：j＝0，

步骤3：稀疏度修剪；如果信噪比SNR大于门限值，则降低稀疏度；反之，则增加稀疏度；

步骤4：如果条件不满足，则执行步骤5；否则，执行如下过程：

4.1j＝j+1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6如果||r^k,j||2＞||r^k,j-1||2

Ω^k,j＝Ω^k,j-1，退出循环，执行步骤5；

4.7继续执行步骤4；

步骤5：令输出波束域信道估计结果为：在Ω^k,j处有非零项在其他位置处的元素值为零，即

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。