[发明专利]一种高性能的大规模MIMO下行链路传输信道估计方法

说明书

本发明公开了一种高性能的大规模MIMO下行链路传输信道估计方法，主要包括：基站通过波束赋形生成大规模波束集合覆盖整个小区，基站的所有天线同步地向目标用户发送导频序列；用户获取导频信息后，根据设计好的导频矩阵和字典构建压缩感知信道估计问题，依据过完备字典采样后信道增益函数的块稀疏性，使用基于块稀疏性的压缩感知恢复算法进行估计，估计的结果就是需要的信道矢量。本发明通过使用多频带调制DPSS矩阵提高了信道矢量在过完备字典下的稀疏性，提高了信道恢复的性能，减少了算法运算复杂度，并通过非正交导频矩阵的使用，降低了导频开销。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种平坦块衰落信道下基于压缩感知的高性能大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)下行链路传输信道估计方法。

背景技术

大规模MIMO系统中，基站端配置利用大规模天线阵列同时服务多个用户。采用大规模MIMO技术可以有效降低用户间干扰，大幅提高无线通信系统的频谱利用率和功率效率。对于大规模MIMO通信系统，采样后的信道增益函数具有局部稀疏性。因此，可以采用压缩感知算法，来重构信道矢量。

为了获得大规模MIMO技术所带来的性能增益，基站侧需要获取信道状态信息(Channel State Information，CSI)用于下行预编码。在实际应用中，CSI一般通过接收端信道估计获得，即需要考虑由基站侧发送导频信号，用户侧先依据所接收的信号进行信道估计，再将估计结果反馈给基站。传统的下行信道估计方法一般采用正交导频，导频数目会随着基站天线数目线性增长。大规模MIMO系统中基站侧配置天线数目通常比较大，此类信道估计方法将会带来巨大的导频开销，从而导致系统的频谱效率下降。因此，针对大规模MIMO下行链路传输系统，需要探索一种导频开销较小同时保证较高估计性能的信道估计方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高性能的大规模MIMO下行链路传输信道估计方法，一种在平坦块衰落信道下的，利用多频带调制离散椭球序列(Discrete ProlateSpheroidal Sequences，DPSS)矩阵采样后信道增益函数的块稀疏性和非正交导频的高性能的大规模MIMO下行链路传输信道估计方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种高性能的大规模MIMO下行链路传输信道估计方法，包括以下步骤：

S1：基站配置大规模天线阵列，通过波束赋形生成大规模波束集合覆盖整个小区，并且在小区内与单天线用户进行通信，基站的所有天线同步向目标用户发送导频序列；

S2：用户获取基站天线发送的导频信号，并且根据设计好的非正交导频矩阵和字典构建一个压缩感知信道估计问题，利用恢复算法估计信道矢量。

进一步地，所述步骤S2中的非正交导频矩阵为根据Zadoff-Chu序列及其循环移位设计的导频矩阵。

进一步地，所述非正交导频矩阵的设计步骤为：

S231：利用Zadoff-Chu序列的定义设置基本的导频序列，长度为τ，

其中每个元素为：

其中，i＝0,1,…,τ-1，γ为Zadoff-Chu序列的根，而且是一个比τ小并与之互质的整数；

S232：通过循环移位的方式获取其它的导频序列，生成基本的导频矩阵，

考虑基站天线总数M＝Pτ+q(q＜τ)，其中P、q均为整数，则基本的导频矩阵φ_ZC表示为：