[发明专利]一种跨频段MIMO空间域统计CSI估计方法

说明书

本发明是一种跨频段MIMO空间域统计CSI估计方法，该方法首先基于同一跨频段MIMO系统中不同频率信道在角度域上的相似性，以及角度域和空间域上统计CSI之间的变换关系，将不同频率上信道空间域协方差矩阵中的元素建模为一个只与阵元序号、波长以及阵元间距有关的函数，进而将空间域协方差矩阵的估计转化为函数的外推问题。之后在基站侧配置ULA和UPA两种场景下建立了信道协方差元素的线性外推模型，求解两种场景中的外推系数。最后通过外推模型，在已知一个频率上信道协方差矩阵的条件下，估计其余所有频率上的信道协方差矩阵。本发明相比传统方法大幅减小了测量开销，实现复杂度低，且相比传统插值方法估计精度更高。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及在跨频段通信系统中，在已知某一频率上信道协方差矩阵的条件下，建立线性外推的模型，完成不同频率之间信道协方差之间的转化。

背景技术

随着大规模多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)技术的飞速发展，系统中接入的用户数目越来越多，系统的容量需求也在不断升高，现有频率上频谱资源稀缺也使得更高频率的信道资源被不断研究和利用，因此一个系统在多个频率上同时进行通信的现象也愈发常见，例如WLAN通常工作在2.4GHz以及5GHz两个频率上，现有的双卡双待通信设备也是一种常见的多频协作通信。除此之外，现有的多数毫米波通信系统常常受到阵列尺寸以及硬件限制，其自身的信道状态信息(CSI,Channle State Information)难以通过测量直接获取，因此也会配备sub-6GHz信道共同组成多频通信系统，通过低频信道上的CSI辅助本频率上的信息传输。

跨频率通信中不同频率的协作通信是通过统计CSI的关联性完成的，同一个多频通信系统中不同频率上的信道尽管受中心频率的影响，瞬时CSI不同，但是由于所处的位置和环境相同，使得不同频率上的信道在角度域上呈现相似的能量分布，而在基站侧配置均匀线阵(ULA,Uniform LinearArray)和均匀面阵(UPA,Uniform PlanarArray)的场景中，角度谱和空间域协方差矩阵之间都满足Fourier变换的关系，故借助以上的变换关系以及角度谱的相似性，不同频率信道的协方差矩阵之间也可以通过一定的关系相互转换。对于ULA，现有的研究中使用了参数估计方法以及三次样条插值的方法，但对于低维阵列到高维阵列的外推场景中，这些方法都具有一定的局限性。除此之外，在频分双工(FDD,FrequencyDivisionDuplex)系统中上下行信道协方差矩阵的相互外推也是一项重要的研究内容，现有的研究中已经给出了最小二乘法、傅里叶算子插值法、投影算法等，但是FDD系统中未考虑阵列维度的变换。同时对于UPA，随着阵列维度的增加，相比ULA而言所需估计的参数也增多，为此，本发明目的是找到一种适用于不同场景、不同阵列排布的信道空间域协方差估计方法，使得在不进行角度域统计参数估计的前提下可以直接进行空间域统计参数的相互转换，避免了所有频率上的测量和计算，减小了系统开销。

发明内容

技术问题：针对跨频段MIMO系统，本发明提供了一种跨频段MIMO空间域统计CSI估计方法，即是一种适用于ULA和UPA两种阵列形态的空间域信道协方差估计方法，在已知一个频率上信道协方差矩阵的条件下，使用线性方法外推其余频率上的信道协方差矩阵，避免了所有频率上的测量和计算，充分利用了不同频率之间的关联性，减少了系统开销和实现复杂度。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明一种跨频段MIMO空间域统计CSI估计方法包括以下步骤：

步骤1.在跨频段通信系统中，不同频率对应的发送天线阵列共址并列排布，位于同一基站，基站同时和小区内的所有用户进行通信；越高的频率配置维度更高的阵列，高频率信道上噪声干扰相比低频率更高，导致其空间域协方差矩阵的获取更复杂；由于不同频率上统计CSI在角度域上呈现出高度的相似性，因此在已知某一低频信道协方差矩阵的条件下，利用上述相似性，可在不进行高频信道测量的前提下，直接外推估计高频信道的空间域协方差矩阵；