本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法及裝置、基站。

背景技術(shù)：

正交頻分復(fù)用(OFDM)信號(hào)，在高速通信系統(tǒng)中倍受青睞，由于其具有較高的頻帶利用率，能有效抵抗多徑衰落的時(shí)域擴(kuò)散，克服符號(hào)間的干擾，被廣泛應(yīng)用于有線和無線通信中。據(jù)研究表明，多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)可以顯著增加系統(tǒng)容量。但是在寬帶頻選信道中，MIMO系統(tǒng)需要復(fù)雜的信道均衡技術(shù)以消除符號(hào)間的干擾。為此，將OFDM技術(shù)應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)中，可以顯著提高傳輸性能。因此，在應(yīng)用OFDM技術(shù)的MIMO系統(tǒng)中，需要了解每對發(fā)送、接收信道的頻率響應(yīng)才能準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，在基站中配備有在空間中密集分布的天線均勻線性陣列(Uniform Linear Array，ULA)的MIMO系統(tǒng)中，一般采用最小均方誤差(Minimum Mean Square Error，MMSE)實(shí)現(xiàn)高精度的信道估計(jì)。

但是，采用MMSE進(jìn)行MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)，需要首先得到對應(yīng)的協(xié)方差矩陣或者在協(xié)方差矩陣未知的情況下采用最小二乘(Least Square，LS)進(jìn)行信道估計(jì)，存在著信道估計(jì)準(zhǔn)確性低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例解決的是如何提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的信道估計(jì)的效率。

為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，所述方法，包括：基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角；基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角或者中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值；基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣。

可選地，所述基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，包括：根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值；基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

可選地，所述根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，包括：其中，表示所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，Y表示所述接收信號(hào)矩陣，s表示所述訓(xùn)練序列。

可選地，所述基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)，包括：其中，表示所述散射函數(shù)，M表示所述MIMO系統(tǒng)中基站的ULA中的天線數(shù)量，θ表示所述預(yù)設(shè)角度。

可選地，所述在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，包括：其中，表示所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，表示模值的最大值。

可選地，所述基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角/中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值，包括：采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值；基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角或接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)；基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值；基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值；基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

可選地，所述采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣，包括：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示旋轉(zhuǎn)因子。

可選地，所述將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度，包括：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

可選地，所述將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，包括：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示所述第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示所述ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

可選地，所述對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣，包括：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

可選地，所述基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，包括：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

可選地，所述采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值，包括：其中，表示第n個(gè)接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

可選地，所述基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)，包括：其中，表示所述散射函數(shù)，表示所述信道矩陣的第一估計(jì)值。

可選地，所述基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角或接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)，包括：其中，表示所述軸移散射函數(shù)。

可選地，所述基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值，包括：其中，表示所述散射函數(shù)的最大值，max(.)表示取最大值運(yùn)算。

可選地，所述基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，包括：其中，θ_min表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，θ_max表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，max{.}表示取最大值運(yùn)算，min{.}表示取最小值運(yùn)算。

可選地，所述基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，包括：其中，表示所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

可選地，所述基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣，包括：采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣。

可選地，所述采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣，包括：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示旋轉(zhuǎn)因子。

可選地，所述將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度，包括：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

可選地，所述將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，包括：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

可選地，所述對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣，包括：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

可選地，所述基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，包括：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

可選地，所述采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣，包括：其中，表示第n根接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置，所述裝置包括：最小二乘估計(jì)單元，適于基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角；預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元，適于基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角或者中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值；信道矩陣估計(jì)單元，適于基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣。

可選地，所述最小二乘估計(jì)單元適于根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值；基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

可選地，所述最小二乘估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值：其中，表示所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，Y表示所述接收信號(hào)矩陣，s表示所述訓(xùn)練序列。

可選地，所述最小二乘估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)：其中，表示所述散射函數(shù)，M表示所述MIMO系統(tǒng)中基站的ULA中的天線數(shù)量，θ表示所述預(yù)設(shè)角度。

可選地，所述最小二乘估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，并作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角：其中，表示所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，表示模值的最大值。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值；基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)；基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值；基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值；基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值：其中，表示第n個(gè)接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)：其中，表示所述散射函數(shù)，表示所述信道矩陣的第一估計(jì)值。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)：其中，表示所述軸移散射函數(shù)。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值：其中，表示所述散射函數(shù)的最大值，max(.)表示取最大值運(yùn)算。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值：

其中，θ_min表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，θ_max表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，max{.}表示取最大值運(yùn)算，min{.}表示取最小值運(yùn)算。

可選地，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值：其中，表示所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

可選地，所述信道矩陣估計(jì)單元適于采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示所述第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示所述ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

可選地，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣：其中，表示第n根接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基站，所述基站包括上述任一項(xiàng)的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

上述的方案，首先基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角，基于所述計(jì)算得到的到達(dá)中心角/離開中心角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值，并基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，與預(yù)先得到對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣或者采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)相比，可以提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的一種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的一種發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角的獲取方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的一種計(jì)算預(yù)估角度擴(kuò)展值的方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的一種采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣的方法的流程圖；

圖5-圖11分別是在傳播場景(a)至(g)中本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的用戶速率的相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的用戶速率的增益的仿真結(jié)果示意圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)所言，現(xiàn)有技術(shù)中使用最小二乘法估計(jì)得到信道矩陣時(shí)，首先需要預(yù)先計(jì)算得到空間協(xié)方差矩陣，當(dāng)接收機(jī)不知道所述空間協(xié)方差矩陣時(shí)，通常采用最小二乘法信道估計(jì)方來估計(jì)得到對應(yīng)的信道矩陣。但是，上述兩種方法，均存在著信道估計(jì)準(zhǔn)確性低的問題。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，與預(yù)先得到對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣或者采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)相比，可以提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的一種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的流程圖。如圖1所示的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，可以包括如下的步驟：

步驟S101：基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

在具體實(shí)施中，接收信號(hào)矩陣為M*L的矩陣，訓(xùn)練序列為1*L的向量，其中，M表示基站中配置的ULA中的天線單元的數(shù)量，L表示所述訓(xùn)練序列的長度。

步驟S102：基于所述計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值。

在具體實(shí)施中，預(yù)設(shè)的噪聲功率和預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值均可以為先驗(yàn)值，可以通過預(yù)先的測量得到。

步驟S103：基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣。

在具體實(shí)施中，采用斯萊皮恩擴(kuò)展(Slepian Expansion)估計(jì)得到信道矩陣，并不需要預(yù)先知道對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣(Spatial Covariance Matrix)，而是通過在基站的部署過程中預(yù)先測量得到的最大角度擴(kuò)展值得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值，可以提高信道估計(jì)的準(zhǔn)確性，提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的性能。

下面將結(jié)合圖2至圖4對本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。

為了便于理解，下面首先結(jié)合圖2對發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角的獲取方法做詳細(xì)的介紹。

請參見圖2，在具體實(shí)施中，本發(fā)明實(shí)施例中的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角的獲取方法可以包括如下的步驟：

步驟S201：根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所獲取的接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列并采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值：

其中，表示所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，Y表示所述接收信號(hào)矩陣，s表示所述訓(xùn)練序列。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S202：基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)，包括：

其中，表示所述散射函數(shù)，M表示所述MIMO系統(tǒng)中基站的ULA中的天線數(shù)量，θ表示所述預(yù)設(shè)角度。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S203：在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所獲取的預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍，并采用如下的公式，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值：

其中，表示所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，表示模值的最大值。

在計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值時(shí)，將所述散射函數(shù)的模值的最大值時(shí)作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，本發(fā)明在此不做限制。

在具體實(shí)施中，當(dāng)計(jì)算得到所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角時(shí)，可以根據(jù)計(jì)算得到所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到預(yù)估角度擴(kuò)展值，具體請參見圖3。

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種計(jì)算預(yù)估角度擴(kuò)展值的方法的流程圖。請參見圖3所示，在具體實(shí)施中，本發(fā)明實(shí)施例中的計(jì)算預(yù)估角度擴(kuò)展值的方法，可以包括如下的步驟：

步驟S301：采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：

其中，表示所述方形對角矩陣，j表示旋轉(zhuǎn)因子。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S302：將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，將所述將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，并采用如下的公式計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度：

其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值等于所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S303：將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：

其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值等于所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S304：對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，采用如下的公式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：

C＝UΛU^H (7)

其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S305：基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：

其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S306：采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，并采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值：

其中，表示第n個(gè)接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S307：基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，并采用如下的公式計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)：

其中，表示所述散射函數(shù)，表示所述信道矩陣的第一估計(jì)值。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S308：基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角或接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角或接收端到達(dá)中心角，并采用如下的公式確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)：

其中，表示所述軸移散射函數(shù)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角或接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S309：基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所確定的軸移散射函數(shù)，并采用如下的公式計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值：

其中，表示所述散射函數(shù)的最大值，max(.)表示取最大值運(yùn)算。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S310：基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值并采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值：

其中，θ_min表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，θ_max表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，max{.}表示取最大值運(yùn)算，min{.}表示取最小值運(yùn)算。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S311：基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，并采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值：

其中，表示所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，本發(fā)明在此不做限制。

在具體實(shí)施中，當(dāng)計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值時(shí)，可以所述基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列和計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣，具體請參見圖4所示。

請參見圖4，在具體實(shí)施中，本發(fā)明實(shí)施例中的采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣的方法，可以包括如下的步驟：

步驟S401：采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：

其中，表示所述方形對角矩陣，j表示旋轉(zhuǎn)因子。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S402：將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，并采用如下的公式計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度：

其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于在預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為等于所述預(yù)估角度擴(kuò)展值時(shí)，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S403：將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：

其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示所述第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示所述ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于在預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為等于所述預(yù)估角度擴(kuò)展值時(shí)，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S404：對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，采用如下的公式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，以得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：

C＝UΛU^H (18)

其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，以得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S405：基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，并采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：

其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

步驟S406：采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，基于所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，并采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣：

其中，表示第n根接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方式基于所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，并采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到所述信道矩陣，本發(fā)明在此不做限制。

上述的方案，首先基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角，基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角或者中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值，并基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，與預(yù)先得到對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣或者采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)相比，可以提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性。

下面將結(jié)合圖5至圖11對本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的性能進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

假定基站中配置的ULA中包括8個(gè)沿著長度方向(length-spaced)布置的半波天線單元，以與僅具有一個(gè)天線單元的用戶設(shè)備(User Equipment，UE)進(jìn)行上行通信，并使用一個(gè)匹配濾波檢測器(match-filter detector)來對符號(hào)進(jìn)行檢測。因此，上行信道和上行信道矩陣可以分別表示為8*1的向量h和同時(shí)，假定噪音向量的分布區(qū)間為其中，I表示8*8的單位矩陣。假定訓(xùn)練序列中的符號(hào)s的功率為|s|²＝1，則用戶速率R可以采用如下的公式計(jì)算得到：

圖5至圖11分別示出了通過對500個(gè)具有快衰落信道模型的信道實(shí)現(xiàn)方式在不同傳輸場景中執(zhí)行信道估計(jì)得到的仿真結(jié)果。采用現(xiàn)有技術(shù)中的最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的平均用戶速率，以及本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法對應(yīng)的用戶速率，可以分別采用進(jìn)行表示，本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法相對于采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的方法的用戶速率的增益，可以分別表示為：

其中，G_CSCE-ΙΙ表示第二種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的用戶速率相對于采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的方法的用戶速率的增益。

其中，本發(fā)明實(shí)施例中的兩種MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法的仿真測評結(jié)果的七種不同的傳播場景中，分別為：

(a)城市宏基站(Urban macro)，直射信號(hào)信道(Line Of Sight，LOS)，E(σ_AS)＝8°；

(b)城市宏基站(Urban macro)，LOS，E(σ_AS)＝15°；

(c)城市微基站(Urban micro)，LOS；

(d)郊區(qū)宏基站(Suburban macro)，非直射信號(hào)信道(Non Line of Sight，NLOS)；

(e)城市宏基站(Urban macro)，NLOS，E(σ_AS)＝8°；

(f)城市宏基站(Urban macro)，NLOS，E(σ_AS)＝15°；

(g)城市微基站(Urban micro)，NLOS。

其中，本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法相對于采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的方法的用戶速率的增益(Gain)請參見圖11。

通過圖11可以看出，在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)范圍內(nèi)，當(dāng)ULA中的8個(gè)天線單元高度相關(guān)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法相對于采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的方法的用戶速率的增益可以達(dá)到17％。而在中等頻率的高頻范圍內(nèi)，采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的性能則超越了本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法。因此，為了進(jìn)一步提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的工作性能，可以根據(jù)當(dāng)前的SNR，在采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)的方法與本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法之間進(jìn)行切換。

上面對本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，下面將結(jié)合圖12對上述的方法對應(yīng)的裝置做進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。

參見圖12，在具體實(shí)施中，本發(fā)明實(shí)施例中的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置1200，可以包括最小二乘估計(jì)單元1201、預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202和信道矩陣估計(jì)單元1203，其中：

最小二乘估計(jì)單元1201，適于基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

在具體實(shí)施中，所述最小二乘估計(jì)單元1201適于根據(jù)所述接收信號(hào)矩陣和所述訓(xùn)練序列，計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值；基于所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；在預(yù)設(shè)角度的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述最小二乘估計(jì)單元1201適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值：其中，表示所述信道矩陣的最小二乘估計(jì)值，Y表示所述接收信號(hào)矩陣，s表示所述訓(xùn)練序列。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述最小二乘估計(jì)單元1201適于采用如下的公式計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)：其中，表示所述散射函數(shù)，M表示所述MIMO系統(tǒng)中基站的ULA中的天線數(shù)量，θ表示所述預(yù)設(shè)角度。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述最小二乘估計(jì)單元1201適于采用如下的公式計(jì)算得到所述散射函數(shù)的模值的最大值，并作為所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角：其中，表示所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，表示模值的最大值。

預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202，適于基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角或者中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值。

在具體實(shí)施中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述最大角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值；基于計(jì)算得到的所述信道矩陣的第一估計(jì)值，計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)；基于計(jì)算得到的散射函數(shù)和所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)；基于所確定的軸移散射函數(shù)，計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值；基于所述散射函數(shù)和所述軸移散射函數(shù)的最大值，計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值；基于所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值，計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度，包括：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示所述第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示所述ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ⁰～μ_M-1的方形對角矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣的第一估計(jì)值：其中，表示第n個(gè)接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式計(jì)算得到對應(yīng)的散射函數(shù)：其中，表示所述散射函數(shù)，表示所述信道矩陣的第一估計(jì)值。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式確定對應(yīng)的軸移散射函數(shù)：其中，表示所述軸移散射函數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式計(jì)算得到所述散射函數(shù)的最大值：其中，表示所述散射函數(shù)的最大值，max(.)表示取最大值運(yùn)算。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)設(shè)角度的最大值和最小值：其中，θ_min表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，θ_max表示所述預(yù)設(shè)角度的最小值，max{.}表示取最大值運(yùn)算，min{.}表示取最小值運(yùn)算。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述預(yù)估角度擴(kuò)展值計(jì)算單元1202適于采用如下的公式計(jì)算得到所述預(yù)估角度擴(kuò)展值：其中，表示所述預(yù)估角度擴(kuò)展值。

信道矩陣估計(jì)單元1203，適于基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，采用斯萊皮恩擴(kuò)展計(jì)算得到對應(yīng)的信道矩陣。

在具體實(shí)施中，所述信道矩陣估計(jì)單元1203適于采用所述發(fā)射端離開中心角/接收端到達(dá)中心角，構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣；將預(yù)設(shè)的角度擴(kuò)展參數(shù)的值設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度；將所述角度擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置為所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣；基于所述對角矩陣的有序特征值和所述酉矩陣的相關(guān)特征向量，構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣；采用所述方形對角矩陣、所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣、預(yù)設(shè)的噪音功率和M*M的單位矩陣，計(jì)算得到所述信道矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元1203適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的方形對角矩陣：其中，表示所述方形對角矩陣，j表示。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元適于采用如下的公式計(jì)算得到近似信號(hào)空間維度：其中，D表示近似信號(hào)空間維度，δ表示所述角度擴(kuò)展參數(shù)，l為預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)值，Z⁺表示正整數(shù)集。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元1203適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，C表示所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，[C]_p,q表示所述第p根天線和第q根天線之間的斯萊皮恩擴(kuò)展系數(shù)，p表示所述ULA中的第p根天線，q表示所述ULA中的第q根天線。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元1203適于采用如下的公式對所述斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣進(jìn)行特征分解，得到對角元素為有序特征值的對角矩陣和包括相關(guān)特征向量的酉矩陣：C＝UΛU^H；其中，U表示所述包括相關(guān)特征向量λ₀～λ_M-1的酉矩陣，且λ₀≥λ₁≥...≥λ_M-1，U^H表示所述酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Λ表示所述對角元素為有序特征值μ₀～μ_M-1的方形對角矩陣。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元1203適于采用如下的公式構(gòu)建對應(yīng)的近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣：其中，表示所述近似斯萊皮恩擴(kuò)展矩陣，λ_i表示第i個(gè)相關(guān)特征向量，μ_i表示第i個(gè)有序特征值，μ_i^H表示第i個(gè)有序特征值的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，且i取0～D-1的整數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信道估計(jì)單元1203適于采用如下的公式計(jì)算得到所述信道矩陣：其中，表示第n根接收天線的信道估計(jì)參數(shù)，表示預(yù)設(shè)的噪音功率值。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基站，包括上述的MIMO系統(tǒng)的信道估計(jì)裝置。

上述的方案，首先基于接收信號(hào)矩陣和對應(yīng)的訓(xùn)練序列，采用最小二乘法計(jì)算得到發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角，基于所述計(jì)算得到的中心到達(dá)角或者中心發(fā)射角、接收信號(hào)矩陣、對應(yīng)的訓(xùn)練序列、預(yù)設(shè)的噪聲功率、預(yù)設(shè)的最大角度擴(kuò)展值，計(jì)算得到對應(yīng)的預(yù)估角度擴(kuò)展值，并基于接收信號(hào)矩陣、所述訓(xùn)練序列、計(jì)算得到的發(fā)射端離開中心角或者接收端到達(dá)中心角和所述預(yù)估角度擴(kuò)展值，與預(yù)先得到對應(yīng)的空間協(xié)方差矩陣或者采用最小二乘法進(jìn)行信道估計(jì)相比，可以提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括：ROM、RAM、磁盤或光盤等。

以上對本發(fā)明實(shí)施例的方法及系統(tǒng)做了詳細(xì)的介紹，本發(fā)明并不限于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。