[发明专利]一种用于分布式天线系统的协方差矩阵估计方法

说明书

本发明涉及一种用于分布式天线系统的协方差矩阵估计方法，该方法针对协方差矩阵未知情况下的无蜂窝大规模MIMO系统的信道估计问题，提出一种通过改变训练导频消除干扰和噪声得到协方差未知情况下的精确信道估计，以解决现有技术未考虑协方差矩阵未知，导致现实情况下信道估计的准确度不高的问题。此外，根据估计的信道信息利用大规模矩阵理论，对系统频谱效率进行计算，分析系统性能。本发明所提出的方法不额外增加导频，只是利用发送导频的特殊结构，有效消除干扰和噪声，计算复杂度不高，且适用于各种无线通信系统，此外，利用随机矩阵理论，对系统性能进行评价，可以拓展到各种场合，具有一定的价值。

技术领域

本发明涉及一种用于分布式天线系统的协方差矩阵估计方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

随着移动互联网的迅速发展，高系统吞吐量、低延迟、超可靠性和近乎即时的连接要求不断增加，需要更多的创新技术为后5G和6G技术的发展铺平道路。无蜂窝分布式大规模MIMO(multi-input multi-output)是一种创新的可扩展的网络MIMO，在一个区域内分布的大量AP在同一时频资源中为所有用户服务。无蜂窝分布式大规模MIMO可以获得大规模MIMO(在AP处使用多个天线时，有利于传播和信道强化)和网络MIMO(增加宏观分集增益)的所有优势，因此，它具有非常高的频谱效率、能量效率和覆盖率。此外，通过无蜂窝的结构，可以解决蜂窝网络中用户性能与用户位置相关的问题，无蜂窝分布式大规模MIMO系统相比于集中式系统具有信道多样性、无切换、覆盖率更高、无需在特定区域部署小区等优点。获取信道状态信息(CSI)对于发挥无蜂窝分布式大规模MIMO系统的优势至关重要。目前的MIMO系统信道估计技术研究大多数基于协方差已知的情况，而实际情况下协方差矩阵通常是未知的。特别是在高速移动等的信道变化较快的场景，估计协方差矩阵从而进行信道的精确估计对于分析和优化系统性能有很大的好处。因此，基于协方差矩阵未知情况下的信道估计技术的研究变得越来越重要。

此外，随着基站侧总天线数的增加，系统的空间复用增益将大大提升，可同时同频服务的用户数也将大幅增加。系统所需的导频开销将随着天线数的增加而线性增加，如果采用完全正交的导频，系统的导频开销会非常大，最终制约系统整体传输效率的提高。因此，需要采用导频复用方案，以提高导频资源的利用率。

发明内容

技术问题：本发明针对协方差矩阵未知情况下的分布式天线系统的信道估计问题，提出一种通过改变训练导频消除干扰和噪声得到协方差未知情况下的一种用于分布式天线系统的协方差矩阵估计方法，以解决现有技术未考虑协方差矩阵未知，导致现实情况下信道估计的准确度不高的问题。此外，根据估计的信道信息利用大规模矩阵理论，对系统频谱效率进行计算，分析系统性能。

技术方案：本发明的一种用于分布式天线系统的协方差矩阵估计方法具体的步骤如下：

步骤1：建立系统模型，计算已知协方差矩阵的信道最小均方误差MMSE估计：

其中，M为AP的数量，N为每个AP的天线数，联合服务K个单天线用户，分配P个正交导频，ρ是发送功率，σ²表示噪声功率；表示第k个用户到接入点AP的信道g_k的估计，y_p表示发送导频p时AP的接收信号，I_MN表示维度为MN×MN的单位矩阵，表示用户k的协方差矩阵，Λ_i表示用户i的协方差矩阵，diag(·)表示对角矩阵，λ_k,m表示第m个AP到第k个用户的大尺度衰落，I_N表示维度为N×N的单位矩阵；定义为发送导频p时接收信号的协方差矩阵；对于表示用户i使用导频p，表示使用导频p的用户子集，使用第p个导频的所有用户在相同的时频资源上发送导频信号X_p，且满足I_P表示维度为P×P的单位矩阵，上标(·)^H表示共轭转置，因此，对于y_p有：