一种信道估计方法以及相关设备与流程

文档序号:17817546发布日期:2019-06-05 21:56
一种信道估计方法以及相关设备与流程

本发明涉及通信技术领域,尤其涉及的是一种信道估计方法以及相关设备。



背景技术:

随着网络技术的发展,为能够实现网络数据呈千倍的容量增长,则需要进行预编码以解决路径损耗的问题,并显著减少用户之间的干扰。然而,为了实现预编码,发射端和接收端均需要获知完整的信道状态信息(channel state information,CSI)。

如图1所示为在频分双工(frequency division duplexing,FDD)模式下的信道估计示意图,具体的,需要设计导频Class A CSI-RS。Class A CSI-RS用于获取各天线的原始信道。Class A CSI-RS实现方式是采用正交导频,即发射端的各个天线端口都有自己的导频资源,并且不同天线端口的导频资源是相互正交的。通过区分不同天线发射的导频,接收端可以分别估计出所有天线端口的原始信道。根据获得的原始信道,接收端可以计算出相应的信道质量指示(channel quality indicator,CQI),以及最优的预编码矩阵索引(precoding matrix indicator,PMI)等。

但是,由于Class A CSI-RS导频开销正比于天线数量,而总的导频资源数量有限,故Class A CSI-RS当前最大支持的天线端口数是32,限制了应用至具有更多天线的网络中,从而限制了网络数据容量的增长。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种信道估计方法以及相关设备,其能够应用至更多天线的网络中,从而保障了网络数据容量的增长。

本发明实施例第一方面提供了一种信道估计方法,包括:

步骤A、发送设备确定系数矩阵。

具体的,所述系数矩阵用于指示所述接收设备根据所述系数矩阵进行所述发送设备到所述接收设备之间的信道h的估计,所述信道h表示成一个N维的信道,所述h的各元素是所述发送设备端的各发射天线到接收设备之间的信道。

所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为用于向接收设备发送导频的天线端口的数量;

步骤B、所述发送设备将指示信令发送给所述接收设备。

具体的,所述指示信令用于指示所述接收设备确定所述系数矩阵;

所述指示信令包括与所述系数矩阵对应的目标标识,则所述发送设备即可将包括有所述目标标识的所述指示信令发送给所述接收设备,以使所述接收设备根据所述指示信令确定出所述系数矩阵。

所述发送设备向所述接收设备通知所述系数矩阵的情况有两种:

第一种,所述发送设备通过所述目标标识将已确定的系数矩阵的各列通知给接收设备,以使接收设备确定出系数矩阵所包括的各列,从而确定出所述系数矩阵;

第二种,所述发送设备直接通过所述目标标识将已确定的系数矩阵通知给接收设备,则使得接收设备直接确定出所述系数矩阵。

步骤C、所述发送设备在N1个天线端口上向所述接收设备发送导频。

具体的,所述导频以及所述系数矩阵用于使得所述接收设备估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

采用本方面所示的方法,所述发送设备向所述接收设备所发送的导频的数量远远低于发射天线的数量,则使得发送设备能够以较低的导频开销向所述接收设备发送导频。且所述接收设备能够基于系数矩阵估计出发送设备的所有天线端口至所述接收设备之间原始的信道h,即便所述发送设备具有大量的天线端口,则因所述系数矩阵具有稀疏性,则所述接收设备能够以较低的导频开销估计出信道h,基于信道h所述接收设备能够获取到准确的信道质量,进而提升了通信系统的性能。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤B包括:

所述发送设备可预先将待定系数矩阵Am以及第一标识列表发送给所述接收设备,所述待定系数矩阵Am的维度为M×N2,以使所述接收设备根据已接收到的所述待定系数矩阵Am以及第一标识列表确定出所述系数矩阵。

具体的,所述发送设备可预先创建第一标识列表,所述第一标识列表建立了所述待定系数矩阵Am中的任一列与标识的对应关系,即在所述第一标识列表中,所述待定系数矩阵Am中不同的列,与不同的标识对应,则所述发送设备即可基于所述第一标识列表确定出N1个目标标识,其中,N1个所述目标标识为通过所述第一标识列表与所述待定系数矩阵Am中所选定的N1列对应。

在所述发送设备将确定出的所述目标标识发送给所述接收设备的情况下,所述接收设备即可根据所述第一标识列表确定出与所述目标标识对应的待定系数矩阵Am中的N1列,所述接收设备即可将所述待定系数矩阵Am中的N1列组合成所述系数矩阵A。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤B包括:

所述发送设备可预先将所述发送设备生成的各种系数矩阵和第二标识列表发送给接收设备,其中,所述发送设备所创建的所述第二标识列表建立了不同种的系数矩阵与标识的对应关系,则所述发送设备即可基于所述第二标识列表确定出与已选定的系数矩阵对应的目标标识,则所述发送设备即可将所述目标标识发送给接收设备,则所述接收设备即可根据所述第二标识列表确定出与所述目标标识对应的系数矩阵。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤A具体包括如下步骤:

步骤A01、所述发送设备确定第一目标径的数量。

其中,所述第一目标径用于传输信号,且所述第一目标径的能量大于或等于预设值;

本方面所示的发送设备是基于所述发送设备和所述接收设备之间呈现空间角度域上的稀疏特性进行系数矩阵的配置的。

具体的,所述发送设备和所述接收设备之间呈现空间角度域上的稀疏特性是指,所述发送设备和所述接收设备之间的信道划分为多条径,多条径中的任一径用于传输信号,而由于信道传播环境中有限的重要散射体,则多条径中只有少数几条径占据了大规模MIMO系统的信道的大部分能量,其中,径是指多条径中能量大于或等于预设值的径。

步骤A02、所述发送设备确定与第二目标径的数量对应的所述系数矩阵。

所述第一目标径的数量小于或等于所述第二目标径的数量。

具体的,在所述发送设备确定出所述第一目标径的数量L的情况下,所述发送设备无需进行系数矩阵A的选定,只需要根据所述第一目标径的数量L所位于的目标范围确定出对应的系数矩阵A,其中,所述不同的目标范围与不同的系数矩阵A的对应关系可预先存储至所述发送设备。

采用本方面所示的方法,所述发送设备无需进行系数矩阵A的选定,则节省了选定系数矩阵A的开销,所述发送设备可根据所述第二目标径的数量确定出对应的系数矩阵,而且又因所述第一目标径的数量小于或等于所述第二目标径的数量,则有效的保障了对所述信道进行估计的准确性。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤A02具体包括:

步骤A11、所述发送设备确定待定系数矩阵Am。

所述待定系数矩阵Am的维度为M×N2。

为降低信道估计中的导频开销,则所述发送设备所配置的所述待定系数矩阵Am所包括的列数N2需要大于所述N1。

步骤A12、所述发送设备根据所述第二目标径的数量L、确定所述系数矩阵所包括的列数N3。

所述N3为大于或等于所述N1的整数。

具体的,所述发送设备可将已获取的所述第二目标径的数量L、带入至公式:

N3=C·L、log(N)中,所述发送设备即可计算出需要为所述接收设备配置的天线端口的数量N3。

步骤A13、所述发送设备根据所述系数矩阵所包括的列数N3在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A。

所述系数矩阵A是所述待定系数矩阵Am的子矩阵。

采用本方面所示的方法,所述发送设备所确定的所述系数矩阵A是所述待定系数矩阵Am的子矩阵,从而降低信道估计中的导频开销,而且有效的提升了估计所述信道h的准确性。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤A13具体包括:

步骤A21、所述发送设备生成多个亲代个体。

所述发送设备可生成多个亲代个体,各所述亲代个体为一个初始系数矩阵An;

所述发送设备可随机产生第一数量的初始系数矩阵An,各所述初始系数矩阵An的行数为M,列数为N1。

步骤A22、所述发送设备生成子代个体。

所述发送设备在上一代种群中,随机选取多对亲代个体,任意一对所述亲代个体中的一个亲代个体作为父亲代个体,另一个亲代个体作为母亲代个体,所述父亲代个体和所述母亲代个体产生下一代的子代个体。

将所述亲代个体作为初始的种群,且将各所述初始系数矩阵An所包括的系数作为遗传的基因,则所述发送设备可在所述父亲代个体所包括的系数中选取一部分基因,在所述母亲代个体中选取互补的另一部分基因以组成所述下一代的子代个体,可见,任一子代个体为由初始系数矩阵An进行交叉后所得到的初始系数矩阵An。

可见,各所述子代个体中的系数分别取自父亲代个体以及母亲代个体,同时各所述子代个体中的系数以一个极低的概率产生变异,产生和父母双方都不同的新的基因。产生的下一代数量应该远大于上一代数量,即产生的子代个体的数量应该远大于亲代个体的个数。

步骤A23、所述发送设备生成变异个体。

具体的,所述发送设备为进一步提升估计所述信道h的准确性,则所述发送设备基于预设的变异概率在所有所述子代个体中选定变异个体,并将已选定的变异个体的某些基因作变动。

步骤A24、所述发送设备选定多个目标个体。

所述发送设备在所有所述亲代个体、所有所述子代个体以及所有所述变异个体中选定所述目标个体。

所述发送设备在所有所述亲代个体、所有所述子代个体以及所有所述变异个体中,计算任一初始系数矩阵An的列相关性。

所述发送设备基于公式以计算初始系数矩阵An的列相关性μ(An)。

其中,ai表示矩阵初始系数矩阵An的第i列,aj表示初始系数矩阵An的第j列。

本实施例所示的所述发送设备基于上述公式可计算出所有所述亲代个体、所有所述子代个体以及所有所述变异个体中任一初始系数矩阵An的列相关性μ(An),因在具体应用中,所述初始系数矩阵An的列相关性μ(An)越小,则说明所述初始系数矩阵An的质量越好,则本实施例所示的所述发送设备可对所计算出的所有初始系数矩阵An的列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序,并将排序在前R位的所述初始系数矩阵An确定为所述目标个体,本实施例对所述R的具体数值不做限定,可根据应用环境的不同,采用不同的数值,只要所述R为大于或等于1的正整数即可。

步骤A25、所述发送设备判断目标过程的执行次数是否大于或等于预设迭代次数,若是,则执行步骤A26,若否,则返回执行步骤A22。

步骤A26、所述发送设备选定系数矩阵A。

若判断出所述目标过程的执行次数大于或等于所述预设迭代次数的情况下,则所述发送设备经由步骤A24,所述发送设备可获取按列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序的多个初始系数矩阵An。

所述初始系数矩阵An的质量与初始系数矩阵An的列相关性μ(An)成反比,则所述发送设备为获取到质量高的所述系数矩阵A,则所述发送设备在按列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序的多个初始系数矩阵An中,选定列相关性μ(An)最小的初始系数矩阵An为所述系数矩阵A,则使得所述发送设备所选定的所述系数矩阵A具有较高的质量,则基于已选定的所述系数矩阵A,使得所述发送设备能够估计出准确的所述信道h。

可见,通过本方面所示的遗传算法,可优化系数矩阵A所包括的系数,有效的保证了所述系数矩阵A具有较低的相关性,从而提升了估计所述信道h的准确性。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤B具体包括:

步骤B11、所述发送设备确定与所述系数矩阵对应的目标标识;

步骤B12、所述发送设备将包括有所述目标标识的所述指示信令发送给所述接收设备。

采用本方面所示的方法,所述发送设备可在只将所述目标标识发送给接收设备的情况下,接收设备即可确定出所述系数矩阵,从而有效的降低了发送设备向所述接收设备指示所述系数矩阵的信令开销。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤B12具体用于,将所述指示信令通过无线资源控制RRC信令或系统广播发送给所述接收设备。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述发送设备根据所述第二目标径的数量L、确定所述系数矩阵所包括的列数N3包括:

所述发送设备根据第一公式计算所述系数矩阵所包括的列数N3,所述第一公式为N3=C·L、log(N),所述C为预设常数。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述系数矩阵A的任意两列对应的列相关性小于或等于预设值。

具体的,所述发送设备基于公式以计算系数矩阵A的列相关性μ(An)。

其中,ai表示系数矩阵A的第i列,aj表示系数矩阵A的第j列。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述步骤A02具体包括:

步骤A31、所述发送设备确定地理列表。

所述地理列表包括不同的地理位置与不同径的数量的对应关系;

步骤A32、所述发送设备确定所述接收设备当前所位于的目标地理位置;

步骤A33、所述发送设备根据所述地理列表确定与所述目标地理位置对应的所述第一目标径的数量。

本方面所示的方法,所述发送设备可基于接收设备当前所处的地理位置进行系数矩阵的配置,从而所述接收设备基于所配置出的所述系数矩阵,能够更为准确的估计出发送设备和所述接收设备之间的信道。

基于本发明实施例第一方面,本发明实施例第一方面的一种可选的方式中,所述发送设备确定导频矩阵之前,所述方法还包括:

步骤A41、所述发送设备将多个正交的预设导频发送给所述接收设备。

通过所述预设导频,以使所述接收设备根据所述多个正交的预设导频计算出N维矢量的初始用户信道

具体的,所述接收设备在接收到正交的所述预设导频的情况下,所述接收设备可区分出不同的发射天线所发射的所述预设导频,接收设备即可计算出相应的初始用户信道

步骤A42、所述发送设备接收所述初始用户信道

步骤A43、所述发送设备根据第三公式计算出射角φl对应的导向矢量a(φl)。

其中,所述第三公式为:

a(φl)=[1 exp(-j2π·dsin(φl)/λ)…exp(-j2π·(N-1)dsin(φl)/λ)]T,其中,所述φl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的出射角,所述d为所述发送设备的发射天线的间距,所述λ为载波波长,j为虚数单位;

步骤A44、所述发送设备根据第四公式计算所述第一目标径的数量。

所述第四公式为:其中,所述αl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的增益复数。

采用本方面所示的方法,所述发送设备向所述接收设备所发送的导频的数量远远低于发射天线的数量,则使得发送设备能够以较低的导频开销向所述接收设备发送导频。且所述接收设备能够基于系数矩阵估计出发送设备的所有天线端口至所述接收设备之间原始的信道h,即便所述发送设备具有大量的天线端口,则因所述系数矩阵具有稀疏性,则所述接收设备能够以较低的导频开销估计出信道h,基于信道h所述接收设备能够获取到准确的信道质量,进而提升了通信系统的性能。

本发明实施例第二方面提供了一种信道估计方法,包括:

步骤A、接收设备接收发送设备发送的指示信令。

步骤B、所述接收设备根据所述指示信令确定系数矩阵。

其中,所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为接收设备所需的天线端口的数量;

步骤C、所述接收设备接收所述发送设备在N1个天线端口上发送的导频。

所述接收设备基于单天线接收所述发送设备发送的导频,所述接收设备所接收到的导频为y=A·hv+n。

步骤D、所述接收设备根据所述导频以及所述系数矩阵估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

采用本方面所示的方法,所述接收设备所接收到的导频的数量远远低于所述发送设备所具有的发射天线的数量,则使得发送设备能够以较低的导频开销向所述接收设备发送导频。且所述接收设备能够基于系数矩阵估计出发送设备的所有天线端口至所述接收设备之间原始的信道h,即便所述发送设备具有大量的天线端口,则因所述系数矩阵具有稀疏性,则所述接收设备能够以较低的导频开销估计出信道h,基于信道h所述接收设备能够获取到准确的信道质量,进而提升了通信系统的性能。

基于本发明实施例第二方面,本发明实施例第二方面的一种可选的方式中,所述步骤B具体包括:

步骤B11、所述接收设备确定所述指示信令包括的目标标识;

步骤B12、所述接收设备确定与所述目标标识对应的所述系数矩阵。

采用本方面所示,所述发送设备可通过目标标识向所述接收设备通知所述系数矩阵,从而降低了所述发送设备向所述接收设备通知所述系数矩阵的导频开销。

基于本发明实施例第二方面,本发明实施例第二方面的一种可选的方式中,所述步骤A具体包括:

所述接收设备通过无线资源控制RRC信令或系统广播接收所述指示信令。

基于本发明实施例第二方面,本发明实施例第二方面的一种可选的方式中,所述步骤D具体包括:

步骤D11、所述接收设备根据所述导频y确定出预估信道hv。

所述预估信道hv有N行N列,且所述预估信道hv中有L个非零元素,所述L为第一目标径的数量,所述第一目标径用于传输信号,所述第一目标径的能量大于或等于预设值,所述N为所述发送设备所发送的导频的数量;

步骤D12、所述接收设备确定与所述预估信道hv对应的所述信道h。

所述信道h有N行N列,所述信道h中有N个非零元素,且所述L小于所述N。

因所述接收设备能够根据已接收到的低维度的导频估计出高维度的预估信道hv,并可根据信道h与预估信道hv的对应关系估计出信道h,其中,所述信道h有N个非零元素,所述发送设备所配置的预估信道hv中有L个非零元素,且L远小于N,则所述接收设备根据所述导频估计所述预估信道hv时所耗费的开销,远远低于估计所述信道h的开销。

基于本发明实施例第二方面,本发明实施例第二方面的一种可选的方式中,所述接收设备确定与所述预估信道hv对应的所述信道h包括:

所述接收设备根据公式h=F·hv定与所述预估信道hv对应的所述信道h,所述F为维度为N×N的离散傅里叶变换DFT的矩阵。

以下对所述预估信道hv进行具体说明:

由于大规模MIMO系统信道的稀疏性,则具有N行N列的所述预估信道hv仅有L个非零元素,且所述L远小于N,具体的,在所述预估信道hv的第n1,n2,…,nL个位置处元素为非零元素,非零元素值为α1,α2,…,αL,而在所述预估信道hv其余位置处元素值为零。这样便把大规模MIMO系统的信道h转化为稀疏度L的N维预估信道hv的表示形式。

可见,通过h=F·hv建立了信道h与预估信道hv之间的对应关系,从而使得所述接收设备根据所述导频估计所述预估信道hv时所耗费的开销,远远低于估计所述信道h的开销。

本发明实施例第三方面提供了一种发送设备,包括:

处理单元,用于确定系数矩阵,所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为用于向接收设备发送导频的天线端口的数量;

发送单元,用于将指示信令发送给所述接收设备,所述指示信令用于指示所述接收设备确定所述系数矩阵;

接收单元,用于在N1个天线端口上向所述接收设备发送导频,所述导频以及所述系数矩阵用于使得所述接收设备估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,确定第一目标径的数量,所述第一目标径用于传输信号,所述第一目标径的能量大于或等于预设值,具体用于确定与第二目标径的数量对应的所述系数矩阵,所述第一目标径的数量小于或等于所述第二目标径的数量。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,确定待定系数矩阵Am,所述待定系数矩阵Am的维度为M×N2,其中,所述N2为大于所述N1的整数,还用于根据所述第二目标径的数量L、确定所述系数矩阵所包括的列数N3,所述N3为大于或等于所述N1的整数,还用于根据所述系数矩阵所包括的列数N3在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A,所述系数矩阵A是所述待定系数矩阵Am的子矩阵。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述发送单元具体用于,确定与所述系数矩阵对应的目标标识,还用于将包括有所述目标标识的所述指示信令发送给所述接收设备。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述发送单元还用于,将所述指示信令通过无线资源控制RRC信令或系统广播发送给所述接收设备。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,根据第一公式计算所述系数矩阵所包括的列数N3,所述第一公式为N3=C·L、log(N),所述C为预设常数。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述系数矩阵A的任意两列对应的列相关性小于或等于预设值。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述发送单元还用于,确定地理列表,所述地理列表包括不同的地理位置与不同径的数量的对应关系,还用于确定所述接收设备当前所位于的目标地理位置,还用于根据所述地理列表确定与所述目标地理位置对应的所述第一目标径的数量。

基于本发明实施例第三方面,本发明实施例第三方面的一种可选的实现方式中,所述发送单元还用于,将多个正交的预设导频发送给所述接收设备,以使所述接收设备根据所述多个正交的预设导频计算出N维矢量的初始用户信道所述接收单元还用于,接收所述初始用户信道所述处理单元还用于,根据第三公式计算出射角φl对应的导向矢量a(φl),所述第三公式为:

a(φl)=[1 exp(-j2π·dsin(φl)/λ)…exp(-j2π·(N-1)dsin(φl)/λ)]T,其中,所述φl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的出射角,所述d为所述发送设备的发射天线的间距,所述λ为载波波长,j为虚数单位,还用于根据第四公式计算所述第一目标径的数量,所述第四公式为:其中,所述αl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的增益复数。

本发明实施例第四方面提供了一种接收设备,包括:

接收单元,用于接收发送设备发送的指示信令;

处理单元,用于根据所述指示信令确定系数矩阵,所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为接收设备所需的天线端口的数量;

所述接收单元还用于,接收所述发送设备在N1个天线端口上发送的导频;

所述处理单元还用于,根据所述导频以及所述系数矩阵估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

基于本发明实施例第四方面,本发明实施例第四方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,确定所述指示信令包括的目标标识,还用于确定与所述目标标识对应的所述系数矩阵。

基于本发明实施例第四方面,本发明实施例第四方面的一种可选的实现方式中,所述接收单元具体用于,通过无线资源控制RRC信令或系统广播接收所述指示信令。

基于本发明实施例第四方面,本发明实施例第四方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,根据所述导频y确定出预估信道hv,所述预估信道hv有N行N列,且所述预估信道hv中有L个非零元素,所述L为第一目标径的数量,所述第一目标径用于传输信号,所述第一目标径的能量大于或等于预设值,所述N为所述发送设备所发送的导频的数量,还用于,确定与所述预估信道hv对应的所述信道h,所述信道h有N行N列,所述信道h中有N个非零元素,且所述L小于所述N。

基于本发明实施例第四方面,本发明实施例第四方面的一种可选的实现方式中,所述处理单元具体用于,根据公式h=F·hv确定与所述预估信道hv对应的所述信道h,所述F为维度为N×N的离散傅里叶变换DFT的矩阵。

本发明实施例第五方面提供了一种发送设备,包括:

一个或多个中央处理器、存储器,所述中央处理器和所述存储器相连;

其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当被所述发送设备执行时使所述发送设备执行如本发明实施例第一方面所示的接入方法,具体执行过程,请详见本发明实施例第一方面所示,具体不做赘述。

本发明实施例第六方面提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当被发送设备执行时使所述发送设备执行本发明实施例第一方面所示的接入方法,具体执行过程,请详见本发明实施例第一方面所示,具体不做赘述。

本发明实施例第七方面提供了一种接收设备,包括:

一个或多个处理器以及存储器,所述处理器和所述存储器相连;

其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当被所述接收设备执行时使所述接收设备执行如本发明实施例第二方面所示的接入方法,具体执行过程,请详见本发明实施例第二方面所示,具体不做赘述。

本发明实施例第八方面提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当被接收设备执行时使所述接收设备执行如本发明实施例第二方面所示的接入方法,具体执行过程,请详见本发明实施例第二方面所示,具体不做赘述。

本申请还提供了一种芯片系统,该芯片系统包括处理器,用于支持通信实体实现上述各方面中所涉及的功能,例如,生成、接收或处理上述各方法中所涉及的数据和/或信息。在一种可能的设计中,所述芯片系统还包括存储器,所述存储器,可用于保存接收设备设备必要的程序指令和数据。该芯片系统,可以是由芯片构成,也可以是包含芯片和其他分立器件。

采用本发明所示的信道估计方法以及相关设备,发送设备可将已确定的系数矩阵通知给接收设备,从而使得接收设备能够根据接收到的导频以及所述系数矩阵估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。本实施例所示的发送设备能够以较低的导频开销向所述接收设备发送导频,则所述接收设备能够以较低的导频开销估计出信道h,基于信道h所述接收设备能够获取到准确的信道质量,进而提升了通信系统的性能。

附图说明

图1为现有技术所示的在频分双工模式下的信道估计示意图;

图2为发明所提供的通信系统的一种实施例结构示意图;

图3为本发明所提供的发送设备的一种实施例结构示意图;

图4为本发明所提供的接收设备的一种实施例结构示意图;

图5为本发明在频分双工FDD模式下的一种实施例信道估计示意图;

图6为本发明所提供的信道估计的一种实施例步骤流程图;

图7为本发明所提供的发送设备生成系数矩阵的一种实施例示意图:

图8为本发明所提供的发送设备的另一种实施例结构示意图;

图9为本发明所提供的接收设备的另一种实施例结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种信道估计方法,为更好的理解本申请所示的信道估计方法,以下首先结合图2所示的实施例对本申请所示的信道估计方法所应用的通信系统进行详细说明:

其中,图2为本申请所提供的通信系统的一种实施例结构示意图。

本实施例所示的通信系统包括发送设备201以及接收设备202。

本实施例所示的所述发送设备201在不同的通信系统可对应不同的设备,例如,第二代手机通信技术规格(2-generation wireless telephone technology,2G)中对应发送设备和发送设备控制器,第三代移动通信技术(3rd-Generation,3G)中对应发送设备和无线网络控制器(radio network controller,RNC),第四代移动通信技术(the 4th generation mobile communication,4G)中对应演进型发送设备(evolved node B,eNB),第五代移动通信技术(5th-generation,5G)中对应5G的接入网设备。

本实施例所示的所述接收设备202可为智能手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、销售终端(point of sales,POS)、车载电脑等任意终端设备,只要所述接收设备202可与所述发送设备201进行通信即可。

以下结合图3所示的实施例对所述发送设备201的具体结构进行示例性说明,其中,图3为本申请所提供的发送设备的一种实施例结构示意图。

本实施例所示的所述发送设备201可因配置或性能不同而产生比较大的差异,可以包括一个或一个以上中央处理器(central processing units,CPU)301(例如,一个或一个以上处理器)和一个或一个以上存储器302。

其中,本实施例所示的所述存储器302可用于存储一个或一个以上存储应用程序或数据。所述存储器302可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器302的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出),每个模块可以包括对发送设备中的一系列指令操作。更进一步地,中央处理器301可以设置为与存存储器302通信,在发送设备201上执行存储器302中的一系列指令操作。

发送设备201还可以包括一个或一个以上电源303,一个或一个以上有线或无线网络接口304,一个或一个以上输入输出接口305。

以下结合图4所示的实施例对所述接收设备202的具体结构进行示例性说明,其中,图4为本申请所提供的接收设备的一种实施例结构示意图。

本实施例所示的所述接收设备202可因配置或性能不同而产生比较大的差异,可以包括射频(radio frequency,RF)电路401、存储器402、输入单元403、显示单元404、传感器405、音频电路406、无线保真(wireless fidelity,WiFi)模块407、处理器408、以及电源409等部件。本领域技术人员可以理解,图4中示出的接收设备的结构并不构成对接收设备的限定,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。

RF电路401可用于收发信息或通话过程中,信号的接收和发送,特别地,将所述发送设备的下行信息接收后,给处理器408处理;另外,将设计上行的数据发送给发送设备。通常,RF电路401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(low noise amplifier,LNA)、双工器等。

存储器402可用于存储软件程序以及模块,处理器408通过运行存储在存储器402的软件程序以及模块,从而执行接收设备的各种功能应用以及数据处理。

输入单元403可用于接收输入的数字或字符信息,以及产生与接收设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。

显示单元404可用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息以及接收设备的各种菜单。

本实施例所示的接收设备还可包括至少一种传感器405,比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。

音频电路406、扬声器410,传声器411可提供用户与接收设备之间的音频接口。音频电路406可将接收到的音频数据转换后的电信号,传输到扬声器410,由扬声器410转换为声音信号输出;另一方面,传声器411将收集的声音信号转换为电信号,由音频电路406接收后转换为音频数据,再将音频数据输出处理器408处理后,经RF电路401以发送给比如另一设备,或者将音频数据输出至存储器402以便进一步处理。

处理器408是接收设备的控制中心,利用各种接口和线路连接整个接收设备的各个部分,通过运行或执行存储在存储器402内的软件程序和/或模块,以及调用存储在存储器402内的数据,执行接收设备的各种功能和处理数据,从而对接收设备进行整体监控。可选的,处理器408可包括一个或多个处理单元;优选的,处理器408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等,调制解调处理器主要处理无线通信。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408中。

接收设备还包括给各个部件供电的电源409(比如电池),优选的,电源可以通过电源管理系统与处理器408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。

尽管未示出,接收设备还可以包括摄像头、蓝牙模块等,在此不再赘述。

基于上述实施例对通信系统的说明,以下对本实施例所示的通信系统所应用的领域进行示例性说明,本实施例所示的通信系统可应用至5G移动通信技术领域,为实现本申请所示的能够支持多天线的信道估计方法,则本实施例所示的系统可采用多输入多输出系统(multiple-input multiple-output,MIMO)技术,即本实施例所示的通信系统为MIMO系统。

本实施例所示的MIMO系统的毫米波频谱资源丰富,可以提供更宽的通信带宽。其次,毫米波频段波长极短,易于实现大规模天线阵列的集成化,从而发挥大规模MIMO在频谱效率方面的巨大优势。最后,毫米波信号具有高路损、易遮挡的传输特性,这就使得它可以有效避免小区之间干扰,从而为实现5G技术提供很好的技术支撑。

在本实施例所示的MIMO系统中,预编码是不可或缺的一环,它可以获取足够的阵列增益,以解决毫米波路径损耗的问题,同时它还可以显著减少用户之间的干扰,从而成倍地提升MIMO系统的容量。然而,为了实现预编码技术,则发送设备和接收设备两端均需要获知完整的信道。

采用本申请所示的信道估计方法,则使得发送设备和接收设备两端均可获知完整的信道,所述信道估计方法的具体执行过程,请详见下述实施例所示。

本申请所提供的信道估计的方法应用在如图5所示的频分双工FDD模式下为例进行说明,其中,图5为本发明在频分双工FDD模式下的信道估计示意图。

在频分双工FDD模式下,下行信道需要在接收设备端估计并反馈给发送设备。具体的,如图5所示,所述发送设备配置有N个发射天线,本实施例对所述N的具体数目不做限定,只要所述N为大于1的正整数即可,N个所述发射天线用于向所述接收设备发送N个导频,即所述发送设备采用的是由N个所述发射天线组成的天线阵列,而所述接收设备采取的单天线,则所述发送设备到所述接收设备之间的信道可以表示成一个N维的信道h,所述h的各元素是所述发送设备端的各发射天线到接收设备之间的信道。

本实施例所示的所述接收设备能够根据已接收到的低维度的导频估计出高维度的预估信道hv,并可根据信道h与预估信道hv的对应关系估计出信道h。

其中,所述信道h有N个非零元素,所述发送设备所配置的预估信道hv中有L个非零元素,且L远小于N,则所述接收设备根据所述导频估计所述预估信道hv时所耗费的开销,远远低于估计所述信道h的开销。

可见,若所述接收设备需要估计所述发射天线至所述接收设备之间的信道h,则需要根据接收到的导频估计出预估信道hv。

以下对所述发送设备如何创建信道h与预估信道hv的对应关系的进行详细说明:

本实施例所示的所述发送设备位于大规模MIMO系统内,基于所述发送设备和所述接收设备之间呈现空间角度域上的稀疏特性以创建信道h与预估信道hv的对应关系。

所述发送设备和所述接收设备之间呈现空间角度域上的稀疏特性是指:所述发送设备和所述接收设备之间的信道划分为多条径,其中,所述发送设备通过多条径中的任一径向所述接收设备传输信号,而由于信道传播环境中有限的重要散射体,则多条径中只有少数几条径占据了大规模MIMO系统的信道的大部分能量,其中,径是指多条径中能量大于或等于预设值的径。

其中,传输信号是调制到某一频率的电磁波,径的能量指传输信号经历信道在接收端所测量到的能量的大小。

例如,径的能量可指传输信号经历信道在接收端时域所测量的能量的大小,又如,径的能量可指传输信号经历信道在接收端频域所测量的能量的大小,又如,径的能量可指传输信号经历信道在接收端角度域所测量的能量的大小。

且信号频率越高,衰减越厉害,传递距离越小,信号具有的能量越低;而信号频率越低,衰减越小,传递距离越远,信号具有的能量越大。

由于所述发送设备处紧凑的天线阵列,对于多条径中的每一条径而言,发送设备端每个发射天线具有相同的出射角,因此,N维大规模MIMO系统的信道h,就可以用少数几个出射角和路径增益来表示,即

具体的,L为所述径的数量,由于本实施例所应用的大规模MIMO系统的信道的稀疏性,则L远小于信道h所包括的元素数目N,αl表示L条径中的第l条径的复增益,即αl为第l条径的增益的复数,φl表示L条径中的第l条径的出射角。

更具体的,a(φl)是出射角φl对应的导向矢量。

所述a(φl)基于下述公式进行求解:

a(φl)=[1 exp(-j2π·dsin(φl)/λ)…exp(-j2π·(N-1)dsin(φl)/λ)]T

其中,d为发送设备的发射天线的间距,λ为载波波长,J为虚数单位,即根号负一。

在忽略量化误差(quantization error)的情况下,将所述出射角φl量化为离散角度,即nl/N≈dsin(φl)/λ,其中,nl∈{0,1,…,N-1},则导向矢量a(φl)化为一个离散傅里叶变换(discrete fourier transform,DFT)列矢量,即将所述导向矢量a(φl)化为N×N的DFT矩阵F的第nl列,因此信道h可以表示成h=F·hv,hv为N维角度域预估信道,可见,通过h=F·hv建立了信道h与预估信道hv之间的对应关系。

以下对所述预估信道hv进行具体说明:

由于大规模MIMO系统信道的稀疏性,则具有N行N列的所述预估信道hv仅有L个非零元素,且所述L远小于N,具体的,在所述预估信道hv的第n1,n2,…,nL个位置处元素为非零元素,非零元素值为α1,α2,…,αL,而在所述预估信道hv其余位置处元素值为零。这样便把大规模MIMO系统的信道h转化为稀疏度L的N维预估信道hv的表示形式。

以下结合图6所示的实施例对本申请所提供的信道估计的方法的具体执行流程进行详细说明,其中,图6为本发明所提供的信道估计的一种实施例步骤流程图。

步骤601、发送设备确定接收设备的第一目标径的数量。

本实施例中,对于不同的所述接收设备,所述接收设备和所述发送设备之间具有不同的所述径的数量L,所述径的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述。

以下对所述发送设备确定所述发送设备和所述接收设备之间的第一目标径的数量L的具体过程进行示例性说明,需明确的是,本实施例对所述发送设备确定所述第一目标径的数量L的过程不做限定。

所述发送设备确定所述发送设备和所述接收设备之间的所述第一目标径的数量L的第一种方式为:

本实施例所示的发送设备可预先设置有地理列表,所述地理列表包括不同的地理位置与不同径的数量的对应关系。

在所述发送设备和所述接收设备可进行通信时,所述发送设备可通过蜂窝网络测量接收设备当前所处于的目标地理位置,所述发送设备即可在所述地理列表中确定与所述目标地理位置对应的所述第一目标径的数量L。

所述发送设备确定所述接收设备的所述第一目标径的数量L的第二种方式为:

因所述接收设备和所述发送设备之间的径的数量的变化,相对于所述接收设备和所述接收设备之间的信道随时间的变化要慢得多,则本实施例可通过预设过程以使所述发送设备确定所述发送设备和所述接收设备之间的所述第一目标径的数量L,所述发送设备即可将所述第一目标径的数量L进行存储,则在进行本实施例所示的信道估计的过程中,所述发送设备即可直接获取已存储的所述接收设备的所述第一目标径的数量L。

以下对所述预设过程进行说明:

所述发送设备可向所述接收设备发送较大数量且正交的预设导频;

所述接收设备在接收到正交的所述预设导频的情况下,所述接收设备可区分出不同的发射天线所发射的所述预设导频,接收设备即可计算出相应的初始用户信道

所述接收设备可将所述初始用户信道发送给所述发送设备;

所述发送设备根据第三公式计算出射角φl对应的导向矢量a(φl),所述第三公式为:a(φl)=[1 exp(-j2π·dsin(φl)/λ)…exp(-j2π·(N-1)dsin(φl)/λ)]T

其中,所述φl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的出射角,所述d为所述发送设备的所述发射天线的间距,所述λ为载波波长,j为虚数单位;

所述发送设备根据第四公式计算所述第一目标径的数量,所述第四公式为:其中,所述αl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的增益复数。

所述发送设备确定所述接收设备的所述第一目标径的数量L的第三种方式为:

因本实施例所示的所述接收设备所具有的所述第一目标径的数量L的大小由发送设备以及接收设备所处的环境决定,又因通信系统中同时存在上行数据通道和下行数据通道,且上行数据通道和下行数据通道是互易的,则所以发送设备可将上行数据通道中所述发送设备和所述接收设备之间的径的数量,作为下行数据通道中所述发送设备和所述接收设备之间的所述第一目标径的数量L,本实施例对所述发送设备获取上行数据通道中所述接收设备所具有的径的数量的具体方式在本实施例中不做限定。

步骤602、所述发送设备确定系数矩阵。

以下首先对所述系数矩阵的具体作用进行说明:

本实施例所示的所述系数矩阵用于指示所述接收设备根据所述系数矩阵进行所述发送设备到所述接收设备之间的信道h的估计,所述信道h的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述。

本实施例通过所述系数矩阵建立了所述接收设备所接收到的导频和所述预估信道hv的对应关系,从而使得所述接收设备在接收到导频以及确定出所述系数矩阵的情况下,即可估计出所述预估信道hv,所述预估信道hv的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述。

以下对所述系数矩阵如何建立所述接收设备所接收到的导频和所述预估信道hv的对应关系的进行说明:

本实施例中,所述发送设备配置有多个天线端口,在不同的所述天线端口,发送设备用不同的预编码矢量发送导频,在所述发送设备和所述接收设备之间的信道h的估计过程中,具有单天线的接收设备所接收到的导频可表示为y=diag(x)PHh+n。

其中,所述接收设备所接收到的导频y为N1维接收导频矢量,所述N1为所述发送设备端用于向所述接收设备发送导频的所述天线端口的数量,diag(x)为N1×N1的对角矩阵,且所述diag(x)是对角线元素是N1维矢量x,所述diag(x)的各个元素分别表示各个所述天线端口处发送的导频。

所述P为N×N1的导频预编码矩阵,每一列互不相同,所述P所包含的不同的列表示各个导频发送时所采用的不同的预编码矢量,其中,所述P的第(i,j)元素表示所述发送设备的发射天线i在导频位置j上发射的导频。

PH表示矩阵P的共轭转置,n为N1维噪声矢量。

在创建导频y和所述预估信道hv的对应关系的过程中,所述发送设备可控制各所述导频的值为1,则所述diag(x)为单位矩阵。

因y=diag(x)PHh+n,则可确定y=PHh+n,又因上述所示可知h=F·hv,则可得出y=PHh+n=(PHF)hv+n。

可见,在接收设备接收到所述发送设备所发送的导频y的情况下,即可根据y=(PHF)hv+n求解出所述预估信道hv,可见,大规模MIMO系统的信道h的求解,通过本实施例所示的信道估计方法转换为预估信道hv的求解过程。

采用本实施例所示的信道估计的方法,能够用较少的导频y估计出高维的预估信道hv,因所述预估信道hv具有上述所示的稀疏性,即所述预估信道hv只有少量的非零元素,那么所述接收设备可利用远小于所述信道h的维度的预估信道hv实现对所述信道h的估计,从而有效的接收了信道估计所消耗的开销。

具体的,为了估计高维度的信道h,则需要的天线端口的数量N1=C·Llog(N),其中,C为预先设定的常数,L为所述第一目标径的数量。

基于欠定方程,设定y=A·hv,其中,欠定方程是指,方程的数量小于未知数的数量,在矩阵中体现为系数矩阵A的行数小于列数,未知数hv的维度大于已知数y的维度,因本实施例所示的所述预估信道hv具有稀疏性,则可通过方程y=A·hv求解出所述预估信道hv。

可见,基于方程y=A·hv,在接收设备已接收到导频y,并已知系数矩阵A的情况下,所述接收设备即可求解出所述预估信道hv。

以下首先对所述系数矩阵A进行说明:

本实施例所示的所述系数矩阵A是一个行数远小于列数的扁矩阵,即所述系数矩阵A有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述N1的具体说明请详见上述实施例所示,具体不做赘述。

本实施例对所述系数矩阵A所包括的行数M的大小不做限定,只要保障M远小于N1以保障所述系数矩阵A为扁矩阵即可。

由上述所示的公式y=(PHF)hv+n以及公式y=A·hv可知,在忽略噪声n的情况下,所述系数矩阵A=PHF。

其中,F为N×N的DFT矩阵,所述P由DFT矩阵F的行,按照所述系数矩阵A中的系数线性组合而成,所述系数矩阵A的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,即所述系数矩阵A的任一列为所述发送设备的一个天线端口发送导频所用的预编码矢量,所述系数矩阵A的每一行填充有至少一个系数,没有填充系数的位置为零。

例如,以所述发送设备为所述接收设备配置有128个天线端口为例,则所述系数矩阵A每行有128个元素,其中在128个元素中的至少一个元素,如28个元素由系数填充而成,剩余的元素为零。

可见,在所述发送设备配置出系数矩阵A,并将所述系数矩阵A通知给接收设备后,所述接收设备即可根据接收到的导频以及所述系数矩阵A估计出预估信道hv,所述接收设备即可根据所述预估信道hv与所述信道h的对应关系,估计出所述信道h。

因对于不同的接收设备,所述接收设备可需要所述发送设备配置有不同数目的天线端口,在不同的接收设备需要有不同数目的所述天线端口的情况下,不同的接收设备可具有不同列数的所述系数矩阵A。

以下对所述发送设备如何确定与所述接收设备对应的所述系数矩阵A的具体过程进行说明:

首先,所述发送设备可预先配置有待定系数矩阵Am,本实施例所示的所述待定系数矩阵Am的维度为M×N2。

为降低信道估计中的导频开销,则所述发送设备所配置的所述待定系数矩阵Am所包括的列数N2需要大于所述N1,即本实施例对所述N2的具体数值不做限定,只要所述N2大于所述N1即可,所述N1的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述。

以下对所述发送设备如何在所述待定系数矩阵Am中如何确定与所述接收设备对应的所述系数矩阵A的进行示例性说明:

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第一种方式为:

具体的,所述发送设备可在所述待定系数矩阵Am中选定N1列以组合成所述系数矩阵A。

更具体的,所述发送设备可根据所述第一目标径的数量L确定所述发送设备需要为所述接收设备配置的所述天线端口的数量N1。

具体的,所述发送设备可将已确定的所述第一目标径的数量L带入至上述所示的公式N1=C·Llog(N)中,所述发送设备即可计算出需要为所述接收设备配置的天线端口的数量N1。

所述发送设备即可在所述待定系数矩阵Am中随机选定N1列以组成所述系数矩阵A。

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第二种方式为:

具体的,所述发送设备可在所述待定系数矩阵Am中选定N1列以组合成所述系数矩阵A。

因本实施例所示的所述系数矩阵A的质量决定了所述接收设备估计所述信道h的准确性,为提升估计所述信道h的准确性,则本实施例所示的发送设备需要在所述待定系数矩阵Am中选定高质量的所述系数矩阵A。

以下对所述发送设备如何在所述待定系数矩阵Am中选定高质量的所述系数矩阵A的具体过程进行说明:

本实施例采用如图7所示的遗传算法为例对所述发送设备如何在所述待定系数矩阵Am中选定高质量的所述系数矩阵A进行说明,其中,图7为发送设备生成系数矩阵的一种实施例示意图:

其中,所述遗传算法(genetic algorithm)是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型,是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法,应用至本实施例具体包括如下步骤:

步骤S11、所述发送设备生成多个亲代个体。

具体的,本实施例所示的发送设备可生成多个亲代个体701,各所述亲代个体701为一个初始系数矩阵An;

更具体的,所述发送设备可随机产生第一数量的初始系数矩阵An,本实施例对所述初始系数矩阵An的具体数目不做限定,只要各所述初始系数矩阵An的行数为M,列数为N1即可,即所述发送设备可随机在所述待定系数矩阵Am选定N1以组成所述初始系数矩阵An。

步骤S12、所述发送设备生成子代个体。

具体的,所述发送设备在上一代种群中,即在步骤S11中生成的多个亲代个体701中随机选取多对亲代个体701,任意一对所述亲代个体701中的一个亲代个体701作为父亲代个体,另一个亲代个体701作为母亲代个体,所述父亲代个体和所述母亲代个体产生下一代的子代个体702。

具体的,本实施例所示将所述亲代个体701作为初始的种群,且将各所述初始系数矩阵An所包括的系数作为遗传的基因,则在步骤S12中,所述发送设备可在所述父亲代个体所包括的系数中选取一部分基因,在所述母亲代个体中选取互补的另一部分基因以组成所述下一代的子代个体702,可见,本实施例所示的任一子代个体702为由步骤S11所示的初始系数矩阵An进行交叉后所得到的初始系数矩阵An。

可见,各所述子代个体702中的系数分别取自父亲代个体以及母亲代个体,同时各所述子代个体702中的系数以一个极低的概率产生变异,产生和父母双方都不同的新的基因。产生的下一代数量应该远大于上一代数量,即产生的子代个体的数量应该远大于亲代个体的个数,图7所体现的数量仅仅为一种示意,不做限定。

步骤S13、所述发送设备生成变异个体。

具体的,所述发送设备为进一步提升估计所述信道h的准确性,则所述发送设备基于预设的变异概率在所有所述子代个体702中选定变异个体703,并将已选定的变异个体703的某些基因作变动,本实施例对所述变异概率的大小以及对变异个体703的基因的变动方式不做限定,只要能够基于所有所述子代个体702生成变异个体703即可。

可见,本实施例所示的变异个体703为由步骤S12所示的子代个体702进行变异后所得到的初始系数矩阵An。

步骤S14、所述发送设备选定多个目标个体。

具体的,所述发送设备在所有所述亲代个体701、所有所述子代个体702以及所有所述变异个体703中选定所述目标个体。

更具体的,所述发送设备在所有所述亲代个体701、所有所述子代个体702以及所有所述变异个体703中,计算任一初始系数矩阵An的列相关性。

所述发送设备基于公式以计算初始系数矩阵An的列相关性μ(An)。

其中,ai表示矩阵初始系数矩阵An的第i列,aj表示初始系数矩阵An的第j列。

本实施例所示的所述发送设备基于上述公式可计算出所有所述亲代个体701、所有所述子代个体702以及所有所述变异个体703中任一初始系数矩阵An的列相关性μ(An),因在具体应用中,所述初始系数矩阵An的列相关性μ(An)越小,则说明所述初始系数矩阵An的质量越好,则本实施例所示的所述发送设备可对所计算出的所有初始系数矩阵An的列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序,并将排序在前R位的所述初始系数矩阵An确定为所述目标个体,本实施例对所述R的具体数值不做限定,可根据应用环境的不同,采用不同的数值,只要所述R为大于或等于1的正整数即可。

本实施例所示的所述发送设备可将未确定为所述目标个体的所述初始系数矩阵An进行舍弃。

步骤S15、所述发送设备判断目标过程的执行次数是否大于或等于预设迭代次数,若是,则执行步骤S16,若否,则返回执行步骤S12。

本实施例所示的目标过程,为上述所示的步骤S11至步骤S14的执行过程。

本实施例中,在所述目标过程的执行次数小于所述预设迭代次数的情况下,则返回执行步骤S11,并在执行步骤S11的过程中,所述发送设备将所述目标个体作为亲代个体以执行后续的步骤。

步骤S16、所述发送设备选定系数矩阵A。

具体的,在执行步骤S15的过程中,判断出所述目标过程的执行次数大于或等于所述预设迭代次数的情况下,则所述发送设备经由步骤S14,所述发送设备可获取按列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序的多个初始系数矩阵An,具体过程请详见步骤S15所示,具体不做赘述。

由上述所示可知,初始系数矩阵An的质量与初始系数矩阵An的列相关性μ(An)成反比,则所述发送设备为获取到质量高的所述系数矩阵A,则所述发送设备在按列相关性μ(An)按由小到大的顺序进行排序的多个初始系数矩阵An中,选定列相关性μ(An)最小的初始系数矩阵An为所述系数矩阵A,则使得所述发送设备所选定的所述系数矩阵A具有较高的质量,则基于已选定的所述系数矩阵A,使得所述发送设备能够估计出准确的所述信道h。

可见,通过本实施例所示的遗传算法,可优化系数矩阵A所包括的系数,有效的保证了所述系数矩阵A具有较低的相关性,从而提升了估计所述信道h的准确性。

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第三种方式为:

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中预先确定出多种第一目标系数矩阵A`,所述第一目标系数矩阵A`为在所述待定系数矩阵Am中任意选定的N1列所组成,且任意两种所述第一目标系数矩阵A`互不相同。

所述发送设备获取所述第一目标系数矩阵A`的目标和,具体的,所述第一目标系数矩阵A`的目标和为所述第一目标系数矩阵A`中任意两列的列相关性的和;

具体的,所述发送设备基于公式计算所述第一目标系数矩阵A`中的任意两列的列相关性μ(A`)。

其中,ai表示第一目标系数矩阵A`的第i列,aj表示第一目标系数矩阵A`的第j列。

所述发送设备在所有所述第一目标系数矩阵A`的目标和中确定所述系数矩阵A为多种所述第一目标系数矩阵A`中目标和最少的矩阵。

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第四种方式为:

所述发送设备可预先设定多个径范围,不同的径范围包括所述发送设备和所述接收设备之间不同径的数量,例如,所述发送设备可设定有二个径范围,第一径范围为11到20之间,第二径范围为1到10之间。

本实施例对所述发送设备所设定的所述径范围的数量以及各所述径范围内所包括的径的具体数量不做限定。

所述发送设备可预先为各个径范围配置所述系数矩阵A,从而建立了不同的径范围与不同的系数矩阵A的对应关系,则在所述发送设备确定出所述第一目标径的数量L的情况下,所述发送设备即可确定所述第一目标径的数量L所位于的目标径范围,并确定与所述目标径范围对应的所述系数矩阵A为用于估计所述信道h的系数矩阵。

所述第一目标径的数量L的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述。

以上述示例为例,若所述发送设备确定所述第一目标径的数量为12,则可确定出所述目标径范围为11到20之间。

本种方式中,在所述发送设备确定出所述第一目标径的数量L的情况下,所述发送设备无需进行系数矩阵A的选定,只需要根据所述第一目标径的数量L所位于的目标径范围确定出对应的系数矩阵A即可,其中,所述不同的径范围与不同的系数矩阵A的对应关系可预先存储至所述发送设备,从而节省了如上述确定系数矩阵A的第一种方式和第二种方式所示的选定所述系数矩阵A的过程,从而节省了导频开销。

具体的,以所述目标径范围为例,说明所述发送设备如何预先为各个径范围配置所述系数矩阵A的具体过程:

所述发送设备获取所述目标径范围中径的数量的最大值,本实施例以目标径范围中径的数量的最大值为第二目标径的数量为例进行示例性说明,可见,因所述第一目标径的数量L位于所述目标径范围内,则所述第二目标径的数量大于或等于所述第一目标径的数量。

所述发送设备可预先基于所述第二目标径的数量为所述目标径范围选定对应的系数矩阵A。

本种方式中,所述发送设备可根据所述第二目标径的数量L、确定所述发送设备需要为所述接收设备配置的所述天线端口的数量N3。

具体的,所述发送设备可将已获取的所述第二目标径的数量L、带入至公式N3=C·L`log(N)中,所述发送设备即可计算出需要为所述接收设备配置的天线端口的数量N3。

所述发送设备即可在待定系数矩阵Am中随机选定N3列以组成所述系数矩阵A。

所述待定系数矩阵Am的具体说明请详见上述所示,具体不做赘述,只要所述待定系数矩阵Am所包括的列数N2大于所述N3即可。

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第五种方式为:

具体的,所述发送设备可在所述待定系数矩阵Am中选定N3列以组合成所述系数矩阵A。

为提供估计所述信道h的准确性,则所述发送设备可在所述待定系数矩阵Am中选定高质量的所述系数矩阵A。

具体的本种方式中,所述发送设备可通过遗传算法在所述待定系数矩阵Am中选定高质量的具有N3列的系数矩阵A,通过遗传算法进行系数矩阵的选定以确定具有N3列的系数矩阵A的具体过程,请详见图7所示的通过遗传算法进行系数矩阵的选定以确定具有N1列的系数矩阵A的具体过程,具体不做赘述。

可见,通过本种方式,所述发送设备可建立不同的径范围与不同的系数矩阵A的对应关系。

所述发送设备在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A的第六种方式为:

具体的,所述发送设备可在所述待定系数矩阵Am中确定多种第二目标系数矩阵,所述第二目标系数矩阵为在所述待定系数矩阵Am中任意选定的N3列所组成,且任意两种所述第二目标系数矩阵互不相同。

所述发送设备获取所述第二目标系数矩阵的目标和的具体获取过程,可参见上述所示的所述发送设备获取所述第一目标系数矩阵A`的目标和的说明,具体不做赘述。

所述发送设备计算所述第二目标系数矩阵中任意两列相关性的具体过程,可参见上述所示的所述发送设备获取所述第一目标系数矩阵中的任意两列的列相关性的说明,具体不做赘述。

所述发送设备在所有所述第二目标系数矩阵的目标和中确定所述系数矩阵A为多种所述第二目标系数矩阵中目标和最少的矩阵。

上述对所述发送设备确定所述系数矩阵A的方式的说明为可选的示例,不做限定,在具体应用中,为保障所述系数矩阵A的质量,则只要保障所述发送设备所选定的所述系数矩阵A任意两列对应的列相关性小于或等于预设值即可。

步骤603、所述发送设备将指示信令发送给接收设备。

具体的,本实施例所示的所述指示信令用于向所述接收设备指示所述系数矩阵。

本实施例所示的所述指示信令包括与所述系数矩阵对应的目标标识,则所述发送设备即可将包括有所述目标标识的所述指示信令发送给所述接收设备,以使所述接收设备根据所述指示信令确定出所述系数矩阵。

具体的,所述发送设备可包括有所述目标标识的所述指示信令通过无线资源控制RRC信令或系统广播发送给所述接收设备。

步骤604、所述接收设备接收所述指示信令以确定所述系数矩阵。

以下结合确定所述系数矩阵A的具体方式说明,所述接收设备是如何根据所述指示信令确定所述系数矩阵的具体方式的:

本实施例所示的所述发送设备向所述接收设备通知所述系数矩阵的情况有两种,第一种,所述发送设备将已确定的系数矩阵的各列通知给接收设备,以使接收设备确定出系数矩阵所包括的各列,从而确定出所述系数矩阵;第二种,所述发送设备直接将已确定的系数矩阵通知给接收设备,则使得接收设备直接确定出所述系数矩阵。

以下对所述发送设备向所述接收设备通知所述系数矩阵的第一种方式进行说明:

在执行本实施例所示的步骤604之前,所述发送设备可预先将所述待定系数矩阵Am以及第一标识列表发送给所述接收设备,以使所述接收设备根据已接收到的所述待定系数矩阵Am以及第一标识列表确定出所述系数矩阵。

具体的,所述发送设备可预先创建第一标识列表,所述第一标识列表建立了所述待定系数矩阵Am中的任一列与标识的对应关系,即在所述第一标识列表中,所述待定系数矩阵Am中不同的列,与不同的标识对应,则所述发送设备即可基于所述第一标识列表确定出N1个目标标识,其中,N1个所述目标标识为通过所述第一标识列表与所述待定系数矩阵Am中所选定的N1列对应。

在所述发送设备将确定出的所述目标标识发送给所述接收设备的情况下,所述接收设备即可根据所述第一标识列表确定出与所述目标标识对应的待定系数矩阵Am中的N1列,所述接收设备即可将所述待定系数矩阵Am中的N1列组合成所述系数矩阵A。

以下对所述发送设备向所述接收设备通知所述系数矩阵的第二种方式进行说明:

在执行本实施例所示的步骤604之前,所述发送设备可预先将所述发送设备生成的各种系数矩阵和第二标识列表发送给接收设备,其中,所述发送设备所创建的所述第二标识列表建立了不同种的系数矩阵与标识的对应关系,则所述发送设备即可基于所述第二标识列表确定出与已选定的系数矩阵对应的目标标识,则所述发送设备即可将所述目标标识发送给接收设备,则所述接收设备即可根据所述第二标识列表确定出与所述目标标识对应的系数矩阵。

步骤605、所述发送设备将导频发送给接收设备。

具体的,本实施例所示的所述发送设备具有N1个天线端口,则所述发送设备可在不同的天线端口处,用不同的预编码矢量向所述接收设备发送导频。

具体的,所述发送设备可将用于发送导频的N1个天线端口映射到所述发射天线上,从而使得所述发送设备通过所述发射天线将所述导频发送给所述接收设备。

步骤606、所述接收设备接收所述发送设备发送的导频。

所述接收设备基于单天线接收所述发送设备发送的导频,由上述说明可知,所述接收设备所接收到的导频为y=A·hv+n,对所述接收设备所接收到的导频的说明请详见上述所示,具体不做赘述。

步骤607、所述接收设备估计预估信道。

本实施例所示的接收设备可根据所述导频y=A·hv以及已确定的系数矩阵,确定预估信道hv。

以下对所述接收设备从低维度的导频y中得到高纬度的预估信道hv的具体过程进行示例性说明:

所述接收设备初始化非零元素集合、预估信道的估计值以及残差。

通过所述接收设备的初始化过程,将所述初始化非零元素集合、预估信道的估计值以及残差均初始化为零,则使得初始化后的所述非零元素集合预估信道的估计值所述残差为第一参数和第二参数之间的差,所述第一参数为所述接收设备接收到的导频,所述第二参数为所述接收设备在忽略噪声n的情况下所估计的导频,则在所述接收设备初始化所述残差的情况下,所述残差

对于i循环:

计算相关其中,ak为所述系数矩阵A的第k列,其中,所述k=1,2,…,N,所述为所述ak的共轭转置,所述r(i-1)为i-1循环的残差;

选取所述相关最大的索引

将所述最大的索引index加入所述非零元素集合中,即Ω(i)=Ω(i-1)∪{index};

获取所述预估信道的估计值

获取残差

若所述残差r(i)小于或等于预设值,和/或,所述i大于或等于所述发送设备和所述接收设备之间的径的数量L,则迭代终止;

获取迭代终止前的最后一次循环的目标预估信道的估计值

将所述目标预估信道的估计值设定为所述预估信道hv。

步骤608、所述接收设备根据所述预估信道估计所述发送设备和所述接收设备之间的信道。

具体的,由上述说明可知,所述发送设备通过公式h=F·hv创建了所述发送设备和所述接收设备之间的信道h和预估信道hv之间的对应关系,则所述发送设备可预先将指示信息发送给接收设备,其中,所述指示信息用于指示所述发送设备和所述接收设备之间的信道h和预估信道hv之间的对应关系,即h=F·hv。

本实施例所示的接收设备在确定出所述预估信道hv的情况下,即可将所述预估信道hv带入至所述公式h=F·hv中,所述接收设备即可计算出所述发送设备和所述接收设备之间的信道h。

步骤609、所述接收设备将所述发送设备和所述接收设备之间的信道反馈给所述发送设备。

本实施例所示的在所述接收设备估计出所述发送设备的所有天线端口至所述接收设备之间原始的信道h的情况下,所述接收设备即可将所述信道h反馈给所述发送设备,从而使得所述发送设备和所述接收设备均能够获取到所述信道h。

本实施例中,所述接收设备可基于接收到的导频估计出所述发送设备的各个天线端口对应的经过下行预编码的等效信道,所述接收设备可通过比较各个经过下行预编码后的等效信道的质量,选出信道质量最好的等效信道,所述接收设备即可将确定出与质量最好的等效信道对应的序号反馈给发送设备,从而使得发送设备在后续的通信过程中,所述发送设备可采用接收设备反馈的序号对应的天线端口和所述接收设备之间进行数据通信。

以下对本实施例所示的信道估计方法的有益效果进行说明:

本实施例所示的发送设备向所述接收设备所发送的导频的数量远远低于发射天线的数量,则使得发送设备能够以较低的导频开销向所述接收设备发送导频。且所述接收设备能够基于系数矩阵估计出发送设备的所有天线端口至所述接收设备之间原始的信道h,即便本实施例所示的所述发送设备具有大量的天线端口,则因所述系数矩阵具有稀疏性,则所述接收设备能够以较低的导频开销估计出信道h,基于信道h所述接收设备能够获取到准确的信道质量,进而提升了通信系统的性能。

以下结合图8所示,从能够模块的角度对所述发送设备的具体结构进行示例性说明,图8所示的发送设备用于执行上述实施例所示的所述信道估计的方法,具体执行流程,请详见上述实施例所示,具体在本实施例不做赘述。

如图8所示,所述发送设备包括:

处理单元801,用于确定系数矩阵,所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为用于向接收设备发送导频的天线端口的数量;

发送单元802,用于将指示信令发送给所述接收设备,所述指示信令用于指示所述接收设备确定所述系数矩阵;

接收单元803,用于在N1个天线端口上向所述接收设备发送导频,所述导频以及所述系数矩阵用于使得所述接收设备估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

可选的,所述处理单元801具体用于,确定第一目标径的数量,所述第一目标径用于传输信号,所述第一目标径的能量大于或等于预设值,具体用于确定与第二目标径的数量对应的所述系数矩阵,所述第一目标径的数量小于或等于所述第二目标径的数量。

可选的,所述处理单元801具体用于,确定待定系数矩阵Am,所述待定系数矩阵Am的维度为M×N2,其中,所述N2为大于所述N1的整数,还用于根据所述第二目标径的数量L、确定所述系数矩阵所包括的列数N3,所述N3为大于或等于所述N1的整数,还用于根据所述系数矩阵所包括的列数N3在所述待定系数矩阵Am中确定所述系数矩阵A,所述系数矩阵A是所述待定系数矩阵Am的子矩阵。

可选的,所述发送单元802具体用于,确定与所述系数矩阵对应的目标标识,还用于将包括有所述目标标识的所述指示信令发送给所述接收设备。

可选的,所述发送单元802还用于,将所述指示信令通过无线资源控制RRC信令或系统广播发送给所述接收设备。

可选的,所述处理单元801具体用于,根据第一公式计算所述系数矩阵所包括的列数N3,所述第一公式为N3=C·L`log(N),所述C为预设常数。

可选的,所述系数矩阵A的任意两列对应的列相关性小于或等于预设值。

可选的,所述发送单元802还用于,确定地理列表,所述地理列表包括不同的地理位置与不同径的数量的对应关系,还用于确定所述接收设备当前所位于的目标地理位置,还用于根据所述地理列表确定与所述目标地理位置对应的所述第一目标径的数量。

可选的,所述发送单元802还用于,将多个正交的预设导频发送给所述接收设备,以使所述接收设备根据所述多个正交的预设导频计算出N维矢量的初始用户信道所述接收单元还用于,接收所述初始用户信道所述处理单元还用于,根据第三公式计算出射角φl对应的导向矢量a(φl),所述第三公式为:

a(φl)=[1 exp(-j2π·dsin(φl)/λ)…exp(-j2π·(N-1)dsin(φl)/λ)]T,其中,所述φl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的出射角,所述d为所述发送设备的发射天线的间距,所述λ为载波波长,j为虚数单位,还用于根据第四公式计算所述第一目标径的数量,所述第四公式为:其中,所述αl为所述第一目标径的数量L中的第l条径的增益复数。

本实施例所示的所述发送设备执行信道估计的有益效果的说明,请详见上述实施例所示,具体在本实施例中不做赘述。

以下结合图9所示,从能够模块的角度对所述接收设备的具体结构进行示例性说明,图9所示的接收设备用于执行上述实施例所示的所述信道估计的方法,具体执行流程,请详见上述实施例所示,具体在本实施例不做赘述。

如图9所示,所述接收设备包括:

接收单元901,用于接收发送设备发送的指示信令;

处理单元902,用于根据所述指示信令确定系数矩阵,所述系数矩阵有M行N1列,所述M以及所述N1为大于1的正整数,且所述M小于所述N1,所述系数矩阵的任一列为离散傅里叶变换DFT列矢量的线性组合,所述系数矩阵任一行包括至少一个为零的元素,且所述N1为接收设备所需的天线端口的数量;

所述接收单元901还用于,接收所述发送设备在N1个天线端口上发送的导频;

所述处理单元902还用于,根据所述导频以及所述系数矩阵估计所述发送设备到所述接收设备之间的信道。

可选的,所述处理单元902具体用于,确定所述指示信令包括的目标标识,还用于确定与所述目标标识对应的所述系数矩阵。

可选的,所述接收单元901具体用于,通过无线资源控制RRC信令或系统广播接收所述指示信令。

可选的,所述处理单元902具体用于,根据所述导频y确定出预估信道hv,所述预估信道hv有N行N列,且所述预估信道hv中有L个非零元素,所述L为第一目标径的数量,所述第一目标径用于传输信号,所述第一目标径的能量大于或等于预设值,所述N为所述发送设备所发送的导频的数量,还用于,确定与所述预估信道hv对应的所述信道h,所述信道h有N行N列,所述信道h中有N个非零元素,且所述L小于所述N。

可选的,所述处理单元902具体用于,根据公式h=F·hv确定与所述预估信道hv对应的所述信道h,所述F为维度为N×N的离散傅里叶变换DFT的矩阵。

本实施例所示的所述接收设备执行信道估计的有益效果的说明,请详见上述实施例所示,具体在本实施例中不做赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,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。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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