[发明专利]基于导频复用的大规模MIMO无线通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用多天线的多入多出（MIMO）无线通信领域，尤其涉及一种基于导频复用的大规模MIMO无线通信方法。

背景技术

随着智能移动终端的普及应用和移动新业务需求的不断发展，移动通信传输速率需求继续呈指数增长。为满足未来移动通信应用需求，需要深度挖掘利用空间无线资源，大幅提升无线通信的频谱利用率和功率利用率。采用多天线发送和多天线接收的MIMO无线传输技术，是提高无线通信频谱和功率效率的基本技术，在过去十余年内一直是无线通信研究领域的主流技术之一。受天线数量的限制（例如在3GPP的LTE-A标准中，基站侧最多可配置8根天线），传统MIMO技术的频谱和功率效率仍然较低。在基站侧配置大规模天线阵列（数十根以上），以深度挖掘利用空间维度资源，成为未来无线通信的发展趋势之一。

在实际无线通信系统中，为了准确及时地获取信道信息，常采用基于导频辅助的信道估计方法。在时分双工（TDD）大规模MIMO无线通信系统中，已有的导频辅助信道估计方案是：小区内用户使用全正交导频，同一组正交导频序列在所有小区间重复使用。随着小区内用户天线数目的增多，导频开销会随之线性增长，进而导致无线通信系统频谱效率及功率效率的大幅降低，成为系统构建的瓶颈问题。如何减小系统的导频开销，进而实现频谱效率及功率效率的提升，是大规模MIMO系统亟需解决的核心问题之一。利用大规模MIMO信道通常呈现出较强空间局部性的特点，本发明给出了一种基于小区内用户间导频复用的大规模MIMO无线通信方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于导频复用的大规模MIMO无线通信方法，节省系统的导频开销。该方法基本特点是，小区内在同一资源上通信的不同用户所使用的导频信号不要求完全正交，不同用户之间可以复用导频，导频信号的长度和正交导频个数可以小于小区内在同一时频资源上进行通信的用户数目。

本发明提出了一种基于导频复用的大规模MIMO无线通信方法，包括以下步骤：

a.基站侧配备大规模阵列天线，基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信，通信的上下行采用时分双工TDD方式，通信过程包括上行信道探测和导频调度、上行信道训练、上行鲁棒接收数据传输、下行鲁棒预编码数据传输四个阶段；

b.在上行信道探测和导频调度阶段，各用户在不同的时频资源上发送上行探测信号，基站依据接收到的探测信号获取各用户的统计信道信息；基站侧利用统计信道信息，进行导频资源调度，确定各用户所使用的导频信号；

c.在上行信道训练阶段，各用户在同一时频资源上周期性地发送各自所分配到的上行导频信号，基站依据收到的导频信号进行各用户的信道估计；

d.在上行鲁棒接收数据传输阶段，各用户在同一时频资源上发送数据信号，基站利用信道估计以及估计误差的统计特性对上行链路数据信号进行鲁棒接收处理；

e.在下行鲁棒预编码数据传输阶段，基站利用信道估计以及估计误差的统计特性实施鲁棒预编码，在同一时频资源上向各用户同时发送数据信号，各用户用户分别进行接收处理；

f.在各用户移动过程中，随着基站与各用户间信道统计特性的变化，动态地实施前述基于导频复用的通信过程。

所述大规模MIMO无线通信系统中基站侧天线阵列包含数十个以上的天线单元，各天线单元之间的间距小于载波的波长，当各天线采用全向天线或120度扇区天线或60度扇区天线时，各天线之间的间距分别为1/2波长或波长或1个波长；每个天线单元采用单极化或多极化天线；通信的上下行采用时分双工TDD方式，上行链路传输信号包括上行探测信号、上行导频信号及上行数据信号，下行链路传输信号涉及下行数据信号。

所述的统计信道信息获取由上行链路的信道探测过程完成；各用户间歇地发送上行探测信号，每个用户发送的探测信号相互正交；基站依据接收到的上行探测信号，利用样本加强平均方法，估计出各用户的统计信道信息，即各用户信道的特征模式域能量耦合矢量及空间相关矩阵。

所述的导频调度在基站侧依据各用户的统计信道信息完成，基站依据信道估计均方误差之和最小准则，或者数据检测平均均方误差之和最小准则，或者复用导频的用户信道空间重合度之和最小准则，对小区中的用户及可用导频资源进行调度，确定导频复用模式，即各用户使用的导频信号，导频调度可以通过穷举或者贪婪算法完成。