[发明专利]FDD大规模MIMO系统中基于信道部分互易性的信道估计方法

说明书

本发明公开了一种FDD大规模MIMO系统中基于信道部分互易性的信道估计方法，利用信道角度‑延迟分布的部分上行/下行互易性，通过BS和UE的联合操作，完成宽带预编码后的参考信号的发送和接收；其基本思想是通过从宽带上行链路信道估计中进行空频域的投影，找到占主要信道能量的投影向量，然后根据这些投影向量设计下行链路联合预编码器；其中，投影是通过宽带信道在空域和频域上的协方差矩阵的特征向量来实现的。这种方式利用了信道在角度、时延域的稀疏性，只对投影后不可忽略系数进行采样，从而显著降低了信道估计开销。

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种FDD大规模MIMO系统中基于信道部分互易性的信道估计方法。

背景技术

5G蜂窝系统的大规模商业化逐渐将大规模MIMO的概念变为现实。由于基站上有大量天线，与传统MIMO相比，大规模MIMO可带来更高的频谱和能量效率。大规模MIMO的基本思想是当基站天线数量增加时，不同用户设备(UE)的信道向量之间的成对正交性增加。不同UE的信道向量之间更强的成对正交性允许基站具有更高的干扰抑制能力。换句话说，大规模天线阵列的窄波束减少了发射信号的泄漏问题，这是大规模MIMO的主要特征之一。然而，大规模MIMO的性能主要取决于信道状态信息(CSI)的准确性。在实际蜂窝系统中，CSI不准确主要有三个原因，即导频污染、移动性问题和FDD中开销有限的CSI反馈。

在FDD模式下，上行链路(UL)和下行链路(DL)占用不同的频带，在当前的5G通信系统设置中，这两个频带之间的间隔约为100MHz，这一间隔远大于信道相干带宽。因此，与时分双工(TDD)模式不同，FDD中的UL和DL信道通常是不具备完全互易的。其中完全互易性是在TDD模式中可以用上行信道估计来代替下行信道估计，进而减少或避免下行导频的发送。因此，在FDD模式下，下行信道信息主要通过闭环反馈方法获得：基站(BS)首先发送参考信号，例如5G通信协议中的信道状态信息参考信号(CSI-RS)，然后每个UE估计其各自的信道，最后用户将量化后的信道信息发送回基站。

在5G标准的R-16版本中，为了获取CSI信息采用了增强型II码本(Enhanced Type-II)，然而，目前3GPP的R-16码本方案缺陷如下：

(1)Enhanced Type-II码本基于DFT形式的矩阵变换操作，有着先天的功率泄露问题，导致CSI估计精度不够；特别是在天线数不够大的时候，角度-时延域的分辨率不够。

(2)Enhanced Type-II码本机制下使用的波束技术，主要在频域，并且下行导频训练序列，不具备波束赋形的能力，没有结合信道在角度-时延域的稀疏性来减小导频资源消耗。反馈参数不仅需要反馈DFT向量的序号，而且还要反馈对应的系数。

(3)Enhanced Type-II码本假设了基站部署天线的拓扑结构，是UPA形式的，因此才能使用2D-DFT矩阵投影变换去减小反馈的开销。如果基站使用非UPA形式的天线拓扑，比如均匀圆阵，信道的物理特性发生变化导致码本的性能会受到影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种FDD大规模MIMO系统中基于信道部分互易性的信道估计方法，由此解决现有FDD大规模MIMO中的信道估计精度不高、反馈开销较大的问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种FDD大规模MIMO系统中基于信道部分互易性的信道估计方法，应用于基站，该方法包括：

对上行或下行信道在空域和频域上的协方差矩阵分别进行特征分解，得到N_t个空域特征向量及N_f个频域特征向量；分别从所述空域特征向量和频域特征向量中选择N_a个特征向量做克罗内克积运算，得到预编码矩阵；其中，N_a≤N_tN_f；