基於時空導頻調度的信道估計方法及裝置與流程

2023-06-12 11:41:56 1

本發明實施例涉及通信技術領域，尤其涉及一種基於時空導頻調度的信道估計方法及裝置。

背景技術：

通信技術中最為寶貴的資源即為不可再生的頻譜資源，通信技術的研究一直以如何在確定的頻譜資源上提供更高的通信速率，即如何達到提高頻譜效率的目標。長期演進(longtermevolution，簡稱lte)作為4g移動通信技術標準的長期演進，可以達到下行峰值速率100mbps，上行峰值速率50mbps的高通信速率。lte能實現如此高的通信速率依賴於引入了正交頻分復用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，簡稱ofdm)和多輸入多輸出(multiple-inputmultiple-output，簡稱mimo)關鍵技術。ofdm技術把信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流，從而更加逼近香農理論的信道容量極限。而mimo技術，通過在發送端和接收端都採用多根天線，利用多天線間的信道響應不完全相關的特性，在發送端和接收端構建多個並行的空域空間傳輸信道。通過引入空域信號維度，mimo系統能夠增加信號的自由度，把原來僅僅在頻域和時域空間的信號設計問題擴展到空域空間，從本質上重複利用頻譜，提高頻譜利用率。

在多小區多用戶大規模mimo中，由於導頻資源有限，不同小區間要復用導頻來估計信道狀態信息。但是導頻復用會帶來導頻汙染問題，導致信道估計的均方誤差性能並不隨天線數目趨於無窮大而趨於理想。

現有技術從時域或空域來降低導頻汙染，但是從時域或空域降低導頻汙染的性能有限，導致信道估計的均方誤差依然較高。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種基於時空導頻調度的信道估計方法及裝置，以降低信道估計的均方誤差。

本發明實施例的一個方面是提供一種基於時空導頻調度的信道估計方法，包括：

從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離；

對於同一集合內的小區以各相鄰的小區為第一目標小區和第二目標小區，對於所述第一目標小區內的每個第一用戶，遍歷所述第二目標小區中的各個第二用戶，並計算所述第一用戶與所述第二用戶之間的網絡效用函數值，當所述網絡效用函數值最小時，確定所述第二用戶調度的導頻序列為所述第一用戶調度的導頻序列。

本發明實施例的另一個方面是提供一種基於時空導頻調度的信道估計裝置，包括：

區分模塊，用於從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離；

遍歷模塊，用於對於同一集合內的小區以各相鄰的小區為第一目標小區和第二目標小區，對於所述第一目標小區內的每個第一用戶，遍歷所述第二目標小區中的各個第二用戶；

計算模塊，用於計算所述第一用戶與所述第二用戶之間的網絡效用函數值，當所述網絡效用函數值最小時，確定所述第二用戶調度的導頻序列為所述第一用戶調度的導頻序列。

本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法及裝置，從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離，從空域上通過相鄰小區中用戶之間的幹擾最小，確定出相鄰小區中調度相同的導頻序列的用戶，同時從時域和空域有效降低了導頻汙染，從而降低了信道估計的均方誤差。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法流程圖；

圖2為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法適用的蜂窩網絡示意圖；

圖3為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法適用的相干時間時隙分配圖；

圖4為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計裝置的結構圖。

具體實施方式

圖1為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法流程圖，圖2為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法適用的蜂窩網絡示意圖，圖3為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計方法適用的相干時間時隙分配圖。本發明實施例針對現有技術從時域或空域來降低導頻汙染，但是從時域或空域降低導頻汙染的性能有限，導致信道估計的均方誤差依然較高，提供了基於時空導頻調度的信道估計方法，該方法具體步驟如下：

步驟s101、從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離；

如圖2所示，實線的蜂窩小區1、蜂窩小區2、蜂窩小區3構成第一集合，虛線的蜂窩小區1、蜂窩小區2、蜂窩小區3構成第二集合，實際的蜂窩網絡中沿著斜向上的方向，與蜂窩小區3相鄰的還有蜂窩小區4、5等等，圖2中未示出。本發明實施例從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且第一集合對應的相干時間時隙分配圖如圖3中的a，第二集合對應的相干時間時隙分配圖如圖3中的b，每個相干時間包括11個ofdm符號間隔，其中，4個ofdm符號用於導頻時隙，1個ofdm符號用於信道估計處理，4個ofdm符號用於下行數據發送，2個ofdm符號用於上行數據發送，具體的，第一集合中的小區用戶用前4個ofdm符號調度導頻序列，小區基站用第5個ofdm符號進行信道估計處理，小區基站用第6、7、8、9個ofdm符號下行發送數據，小區用戶用第10、11個ofdm符號上行發送數據；第二集合中的小區基站用前4個ofdm符號下行發送數據，小區用戶用第5、6、7、8個ofdm符號調度導頻序列，小區基站用第9個ofdm符號進行信道估計處理，小區用戶用第10、11個ofdm符號上行發送數據，從而保證了第一集合a1中小區的導頻時隙與第二集合a2中小區的導頻時隙完全隔離。

步驟s102、對於同一集合內的小區以各相鄰的小區為第一目標小區和第二目標小區，對於所述第一目標小區內的每個第一用戶，遍歷所述第二目標小區中的各個第二用戶，並計算所述第一用戶與所述第二用戶之間的網絡效用函數值，當所述網絡效用函數值最小時，確定所述第二用戶調度的導頻序列為所述第一用戶調度的導頻序列。

本發明實施例以及後續的實施例以第一集合a1為例，如圖2所示，蜂窩小區1和蜂窩小區2為相鄰小區，蜂窩小區2和蜂窩小區3為相鄰小區，假設蜂窩小區1、蜂窩小區2和蜂窩小區3中各有4個用戶，相鄰小區中左邊的小區為第一目標小區，右邊的小區為第二目標小區，當以蜂窩小區1和蜂窩小區2為相鄰小區時，蜂窩小區1為第一目標小區，蜂窩小區2為第二目標小區，當以蜂窩小區2和蜂窩小區3為相鄰小區時，蜂窩小區2為第一目標小區，蜂窩小區3為第二目標小區，以此類推。現以蜂窩小區1和蜂窩小區2為研究對象，對於蜂窩小區1中的每一個用戶，遍歷蜂窩小區2中的各個用戶，計算蜂窩小區1中的用戶與蜂窩小區2中的用戶之間的網絡效用函數值，當網絡效用函數值最小時，確定該蜂窩小區2中的該用戶調度的導頻序列為蜂窩小區1中的用戶調度的導頻序列，例如，蜂窩小區1中包括用戶11、12、13、14，蜂窩小區2中包括用戶21、22、23、24，對於蜂窩小區1中用戶11，遍歷蜂窩小區2中的各個用戶，即依次計算用戶11和用戶21之間的網絡效用函數值、計算用戶11和用戶22之間的網絡效用函數值、計算用戶11和用戶23之間的網絡效用函數值、計算用戶11和用戶24之間的網絡效用函數值，並選擇出四個網絡效用函數值中的最小值，假設用戶11和用戶22之間的網絡效用函數值最小，則確定蜂窩小區2中的用戶22調度的導頻序列為蜂窩小區1中的用戶11調度的導頻序列，即讓蜂窩小區2中的用戶22和蜂窩小區1中的用戶11調度相同的導頻序列。

對於蜂窩小區1中用戶12，遍歷蜂窩小區2中剩餘用戶21、23、24中的各個用戶，即依次計算用戶12和用戶21之間的網絡效用函數值、計算用戶12和用戶23之間的網絡效用函數值、計算用戶12和用戶24之間的網絡效用函數值，並選擇出三個網絡效用函數值中的最小值，假設用戶12和用戶24之間的網絡效用函數值最小，則確定蜂窩小區2中的用戶24調度的導頻序列為蜂窩小區1中的用戶12調度的導頻序列，即讓蜂窩小區2中的用戶24和蜂窩小區1中的用戶12調度相同的導頻序列，依次類推蜂窩小區1中用戶13和14。

以蜂窩小區2和蜂窩小區3為研究對象時，依據蜂窩小區2中各用戶調度的導頻序列確定蜂窩小區3中各用戶調度的導頻序列，具體的確定方法與上述方法類似，同理，以任意兩個相鄰的蜂窩小區為研究對象時，依據第一目標小區中各用戶調度的導頻序列確定第二目標小區各用戶調度的導頻序列的方法與上述方法類似，此處不再贅述。

本發明實施例從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離，從空域上通過相鄰小區中用戶之間的幹擾最小，確定出相鄰小區中調度相同的導頻序列的用戶，同時從時域和空域有效降低了導頻汙染，從而降低了信道估計的均方誤差。

在上述實施例的基礎上，所述網絡效用函數表示為公式(1)：

其中，l表示所述第一目標小區的標識號，l+1表示所述第二目標小區的標識號，l≥1，表示第l個小區中調度導頻序列sk的用戶編號，m表示所述第l+1個小區中待遍歷的調度導頻序列sk的用戶編號，表示僅考慮第l個小區和第l+1個小區，並且第l個小區中第個用戶和第l+1個小區中第m個用戶同時調度導頻序列sk時第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道估計的均方誤差，表示僅考慮第l個小區和第l+1個小區，並且第l個小區中第個用戶和第l+1個小區中第m個用戶同時調度導頻序列sk時第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道的二階協方差矩陣。

所述依據公式(2)獲得：

其中，miki表示考慮所述第i個小區所在的集合中除所述第i個小區之外的其他小區用戶幹擾的情況下第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道估計的均方誤差，riki表示考慮所述第i個小區所在的集合中除所述第i個小區之外的其他小區用戶幹擾的情況下第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道的二階協方差矩陣，rikj表示第j個小區的第k個用戶與第i個小區基站之間的信道的二階協方差矩陣，k表示每個小區內用戶的總個數，k表示每個小區內第k個用戶，所述第一集合包括n個小區，所述第二集合包括n個小區，pkl表示第l個小區中第k個用戶的下行發送功率，dil表示第i個小區基站到第l個小區基站的距離，γ為衰落係數，δ2表示均值為0的高斯白噪聲的方差，a2表示所述第二集合，im表示單位矩陣。

gikj表示第j個小區的第k個用戶到第i個小區基站的信道向量，np表示多徑個數，θikjn表示波達角，a(θikjn)表示波達角分量，d表示天線陣天線之間間隔，λ表示信號波長，m表示每個基站的天線陣天線數目，αikjn表示第n徑的衰落，αikjn服從均值為0、方差為βikj的高斯分布，dikj表示第j個小區的第k個用戶到第i個小區基站的距離，γ為衰落係數。

第i個小區的第k個用戶到第i個小區基站的信道向量的貝葉斯估計為sk＝sk1＝sk2＝…＝sk2n，ski表示第i個小區中第k個用戶調度的導頻序列，yi＝vec(yi)，a2表示所述第二集合，gil＝[gil1,…,gilm]，gil表示第i個小區的基站和第l個小區的基站之間的信道矩陣，wkl表示第l個小區中第k個用戶對應的預編碼向量，vkl表示第l個小區基站發送給第i個小區中第k個用戶的數據信息，zi表示m*k噪聲矩陣，所述噪聲矩陣的每個元素服從均值為0，方差為δ2的高斯分布，zi＝vec(zi)。

是依據貝葉斯準則推導出的，具體的推導過程可通過數學計算的方法得出，此處不再詳述。

本發明實施例具體提供了網絡效用函數的計算過程，通過網絡效用函數判斷復用導頻估計出的信道估計的均方誤差，提高了信道估計的均方誤差的計算精度。

圖4為本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計裝置的結構圖。本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計裝置可以執行基於時空導頻調度的信道估計方法實施例提供的處理流程，如圖4所示，基於時空導頻調度的信道估計裝置40包括區分模塊41、遍歷模塊42和計算模塊43，其中，區分模塊41用於從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離；遍歷模塊42用於對於同一集合內的小區以各相鄰的小區為第一目標小區和第二目標小區，對於所述第一目標小區內的每個第一用戶，遍歷所述第二目標小區中的各個第二用戶；計算模塊43用於計算所述第一用戶與所述第二用戶之間的網絡效用函數值，當所述網絡效用函數值最小時，確定所述第二用戶調度的導頻序列為所述第一用戶調度的導頻序列。

本發明實施例從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離，從空域上通過相鄰小區中用戶之間的幹擾最小，確定出相鄰小區中調度相同的導頻序列的用戶，同時從時域和空域有效降低了導頻汙染，從而降低了信道估計的均方誤差。

在上述實施例的基礎上，所述網絡效用函數表示為公式(1)：

其中，l表示所述第一目標小區的標識號，l+1表示所述第二目標小區的標識號，l≥1，表示第l個小區中調度導頻序列sk的用戶編號，m表示所述第l+1個小區中待遍歷的調度導頻序列sk的用戶編號，表示僅考慮第l個小區和第l+1個小區，並且第l個小區中第個用戶和第l+1個小區中第m個用戶同時調度導頻序列sk時第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道估計的均方誤差，表示僅考慮第l個小區和第l+1個小區，並且第l個小區中第個用戶和第l+1個小區中第m個用戶同時調度導頻序列sk時第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道的二階協方差矩陣。

所述依據公式(2)獲得：

其中，miki表示考慮所述第i個小區所在的集合中除所述第i個小區之外的其他小區用戶幹擾的情況下第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道估計的均方誤差，riki表示考慮所述第i個小區所在的集合中除所述第i個小區之外的其他小區用戶幹擾的情況下第i個小區基站與所述第i個小區中第k個用戶之間的信道的二階協方差矩陣，rikj表示第j個小區的第k個用戶與第i個小區基站之間的信道的二階協方差矩陣，k表示每個小區內用戶的總個數，k表示每個小區內第k個用戶，所述第一集合包括n個小區，所述第二集合包括n個小區，pkl表示第l個小區中第k個用戶的下行發送功率，dil表示第i個小區基站到第l個小區基站的距離，γ為衰落係數，δ2表示均值為0的高斯白噪聲的方差，a2表示所述第二集合，im表示單位矩陣。

gikj表示第j個小區的第k個用戶到第i個小區基站的信道向量，np表示多徑個數，θikjn表示波達角，a(θikjn)表示波達角分量，d表示天線陣天線之間間隔，λ表示信號波長，m表示每個基站的天線陣天線數目，αikjn表示第n徑的衰落，αikjn服從均值為0、方差為βikj的高斯分布，dikj表示第j個小區的第k個用戶到第i個小區基站的距離，γ為衰落係數。

第i個小區的第k個用戶到第i個小區基站的信道向量的貝葉斯估計為sk＝sk1＝sk2＝…＝sk2n，ski表示第i個小區中第k個用戶調度的導頻序列，yi＝vec(yi)，a2表示所述第二集合，gil＝[gil1，…，gilm]，gil表示第i個小區的基站和第l個小區的基站之間的信道矩陣，wkl表示第l個小區中第k個用戶對應的預編碼向量，表示第l個小區基站發送給第i個小區中第k個用戶的數據信息，zi表示m*k噪聲矩陣，所述噪聲矩陣的每個元素服從均值為0，方差為δ2的高斯分布，zi＝vec(zi)。

本發明實施例提供的基於時空導頻調度的信道估計裝置可以具體用於執行上述圖1所提供的方法實施例，具體功能此處不再贅述。

本發明實施例具體提供了網絡效用函數的計算過程，通過網絡效用函數判斷復用導頻估計出的信道估計的均方誤差，提高了信道估計的均方誤差的計算精度。

綜上所述，本發明實施例從時域將蜂窩網絡中的所有小區分為第一集合和第二集合，且所述第一集合中小區的導頻時隙與所述第二集合中小區的導頻時隙完全隔離，從空域上通過相鄰小區中用戶之間的幹擾最小，確定出相鄰小區中調度相同的導頻序列的用戶，同時從時域和空域有效降低了導頻汙染，從而降低了信道估計的均方誤差；具體提供了網絡效用函數的計算過程，通過網絡效用函數判斷復用導頻估計出的信道估計的均方誤差，提高了信道估計的均方誤差的計算精度。

在本發明所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用硬體加軟體功能單元的形式實現。

上述以軟體功能單元的形式實現的集成的單元，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。上述軟體功能單元存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)或處理器(processor)執行本發明各個實施例所述方法的部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(read-onlymemory，rom)、隨機存取存儲器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

本領域技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內部結構劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。