具有動態(tài)訓(xùn)練設(shè)計的大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的信道估計的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及大規(guī)模多輸入多輸出（MHTO)通信系統(tǒng)的信道估計。特別的，本 發(fā)明涉及計算要求降低的該信道估計。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于各種優(yōu)點，例如，高數(shù)據(jù)傳輸速率、高波束形成增益和高空間分辨率，大規(guī)模 MHTO通信已經(jīng)在將來應(yīng)用到移動通信系統(tǒng)方面引起來相當(dāng)大的興趣。在大規(guī)模MM0系統(tǒng) 中，發(fā)射器具有非常多的發(fā)射天線，例如，多于1〇〇。在估計大規(guī)模Mnro信道時，大量的發(fā)射 天線通常導(dǎo)致在信道估計時計算要求高并且需要大量的訓(xùn)練資源（例如，正交時間/頻率 資源）。希望在移動通信系統(tǒng)的操作中減少這些要求。
[0003] US20130182594公開了一種通過將發(fā)射天線進行分組以訓(xùn)練來降低信道估計 復(fù)雜度的技術(shù)。通過每組中用于估計的天線來減少天線的數(shù)量，信道估計要求較少的運 算。然而，沒有考慮利用空間相關(guān)性來提高信道估計的精度。因為沒有考慮信道相關(guān)性， 所以US20130272263和US20140254702公開的復(fù)雜度降低的技術(shù)還存在估計精度問題。 US8837621教導(dǎo)了只在天線的子集上傳輸導(dǎo)頻參考信號并且使用空間內(nèi)插獲得其他天線的 信道估計。然而，當(dāng)天線間的空間相關(guān)性不夠高時，會產(chǎn)生高估計誤差。
[0004] 本領(lǐng)域需要一種具有改進的估計精度同時保持計算和訓(xùn)練資源的低需求的估計 大規(guī)模MM0信道的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的方面提供一種對具有多個發(fā)射天線的第一通信裝置與具有單個接收天 線的第二通信裝置通信的大規(guī)模M頂0信道進行估計的方法。所述大規(guī)模MM0信道具有表 征所述發(fā)射天線之間的空間相關(guān)性的信道協(xié)方差矩陣。在所述方法中，所述第一通信裝置 將所述發(fā)射天線劃分為多個天線組，每個所述天線組都包括所述發(fā)射天線的子集，以便能 夠達到預(yù)先確定的信道估計精度等級。對于單個天線組，確定一個或多個訓(xùn)練信號，所述一 個或多個訓(xùn)練信號用于估計與屬于所述單個天線組的所述發(fā)射天線的子集相關(guān)的一組信 道。特別的，基于所述空間相關(guān)性、最多可允許的訓(xùn)練信號的總數(shù)和傳輸信噪比（SNR)，確定 所述天線組的數(shù)量、構(gòu)成所述單個天線組的所述發(fā)射天線的子集以及用于所述單個天線組 的所述一個或多個訓(xùn)練信號，從而能夠達到所述預(yù)先確定的信道估計精度等級。
[0006] 優(yōu)選的，在能夠達到所述預(yù)先確定的信道估計精度等級的約束下，通過識別天線 組的最大數(shù)量來確定天線組的數(shù)量。識別出的最大數(shù)量小于或等于最多可允許的訓(xùn)練信號 的總數(shù)。
[0007] 在一個實施例中，所述發(fā)射天線的劃分包括以下步驟。第一步驟是，計算在不劃分 所述發(fā)射天線時達到的第一信道估計精度等級，由此，所述預(yù)先確定的信道估計精度等級 可以與所述第一信道估計精度等級相關(guān)。第二步驟如下。給定試驗數(shù)量的天線組，為每個天 線組確定所述發(fā)射天線的候選子集和所述一個或多個訓(xùn)練信號的候選數(shù)量，以便通過將所 述發(fā)射天線劃分為試驗數(shù)量的天線組計算達到的第二信道估計精度等級。特別的，基于所 述空間相關(guān)性、所述傳輸SNR、所述試驗數(shù)量的天線組、以及每個天線組的一個或多個訓(xùn)練 信號的候選數(shù)量，計算所述第二信道估計精度。在第三步驟中，對不同的試驗數(shù)量重復(fù)第二 步驟，直到通過一個試驗數(shù)量獲得的第二信道估計精度等級優(yōu)于預(yù)先確定的性能等級。將 天線組的數(shù)量確定為前述的一個試驗數(shù)量。第四步驟是，對于每個天線組，將構(gòu)成該天線組 的所述發(fā)射天線的子集確定為與前述一個試驗數(shù)量相關(guān)的發(fā)射天線的候選子集。
[0008] 在包括多個無線電天線、無線電收發(fā)單元和一個或多個處理器的基站中實現(xiàn)本公 開的方法。
[0009] 如下文的實施例所示的公開了本發(fā)明的其他方面。
【附圖說明】
[0010] 圖1是示例性地示出本發(fā)明公開的方法的流程圖。
[0011] 圖2描述了示出執(zhí)行發(fā)射天線的分組的步驟的一個一般流程的流程圖。
[0012] 圖3描述了示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的劃分發(fā)射天線的步驟的流程圖。
[0013] 圖4描述了根據(jù)將發(fā)射天線劃分為多個天線組，第一通信裝置一個接一個的將各 組訓(xùn)練信號發(fā)送到第二通信裝置，由此對大規(guī)模M頂0信道進行估計。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的方面是提供一種估計大規(guī)模MM0信道的方法?；谙率鲇^察提出該方 法。
[0015] 考慮具有N個發(fā)射天線的第一通信裝置與具有單個接收天線的第二通信裝置通 信的大規(guī)模MMO信道。令h為大規(guī)模MM0信道的NX1的復(fù)合信道增益向量，R為由R= E{hhH}給出的信道協(xié)方差矩陣，其中，（*)?表示復(fù)共輒轉(zhuǎn)置。假設(shè)R是第一和第二通信裝 置已知的，并且其長時間保持大致不變。另外，在執(zhí)行h的估計的較短期間內(nèi)，h保持不變。 通常將該期間稱為信道相干時間。希望通過從N個發(fā)射天線向第二通信裝置發(fā)送一個或多 個訓(xùn)練符號來估計h。
[0016] 下述文獻給出了估計h的已知技術(shù)：L.Choi等，"用于TOD大規(guī)模MM0系統(tǒng)的下 行培訓(xùn)技術(shù)：有記憶的開環(huán)和閉環(huán)訓(xùn)練（DownlinktrainingtechniquesforFDDmassive MIMOsystems:open-loopandclosed-looptrainingwithmemory)'，IEEEJournalof SelectedTopicsinSignalProcessing，第 5 期，第 8 卷，802-814 頁，2014 年 10 月，通過 引用的方式將其公開合并到本文中。首先，通過下式對R執(zhí)行特征分解：
[0017] R=QAQh (1)
[0018] 其中，A是具有作為對角元素的R的特征值的對角矩陣。Q是包含R的特征向量 的矩陣。認為m個訓(xùn)練信號用于估計h，其中，m〈N。表示為NXm的矩陣S的最佳訓(xùn)練信號 為：
[0019] S = （2)
[0020] 其中，Y是傳輸信噪比（SNR)，Q(1:m)是由對應(yīng)于R的m個最大特征值的m個特 征向量構(gòu)成的矩陣。第二通信裝置接收到的信號表示為mXl的矩陣y，由下式給出：
[0021] y=SHh+n(3)
[0022] 其中，n是mXl的噪聲向量。基于最小均方誤差（MMSE)估計方法的估計產(chǎn)生h的 估計，該估計表示為由下式給出：
[0023]
[0024] 其中，I^mXm的單位矩陣。估計的信道協(xié)方差矩陣| 為：
[0025]
[0026] 估計的均方誤差（MSE)n由下式給出：
[0030] 其中，的第i個最大特征值。顯而易見的是，由⑷得到的』需要執(zhí)行⑴ 的特征分解操作，然后執(zhí)行（4)中的矩陣逆操作運算。這兩個操作中的每一個的復(fù)雜度都 是N3級。由此可見，執(zhí)行信道估計的總復(fù)雜度是0 (N3)，從而導(dǎo)致在N可以非常大甚至大于 100的大規(guī)模MM0系統(tǒng)所需的運算量巨大。
[0031] 本發(fā)明人已經(jīng)進行了形成提出本發(fā)明的基礎(chǔ)的以下觀察。如果將N個發(fā)射天線劃 分成G組相鄰天線，并且如果忽視任何兩個天線組之間的相關(guān)性，則可以通過對每個天線 組獨立地執(zhí)行信道估計來實現(xiàn)大規(guī)模M頂0的信道估計。執(zhí)行大規(guī)模M頂0的信道估計的總 復(fù)雜度僅約為0 (N3/G3)。如果將N個發(fā)射天線劃分成的天線組的數(shù)量較大，則可顯著地降 低計算要求。因此希望G盡可能大。然而，由于忽略了G個天線組之間的互相關(guān)性，所以G 值較大會導(dǎo)致估計誤差增加。本發(fā)明已經(jīng)觀察到，由于大量的發(fā)射天線，大規(guī)模MM0系統(tǒng) 的發(fā)射天線之間的天線間隔遠小于用于使用較少數(shù)量的發(fā)射天線的移動通信系統(tǒng)（例如， 現(xiàn)今的長期演進（LTE)系統(tǒng)通常使用8個發(fā)射天線）的天線間隔。不足的天線間隔和無線 傳播期間的有限散射都會導(dǎo)致相對高的空間相關(guān)性。與低空間相關(guān)性的情況相比，高空間 相關(guān)性使得最大特征值比其他的特征值更突出，從而導(dǎo)致在m值相同的情況下更加準確的 進行信道估計。該觀察對以下的天線分組設(shè)計來說是有用的。利用預(yù)先確定的性能中可容 忍的損失值（例如，MSE增加5% )，在給定m值的情況下，確定并選擇G的最大值，以便得 到的性能損失處于該可容忍的損失內(nèi)。本發(fā)明采用了該方法。
[0032] 令義為第g個天線組中