稀疏信道的檢測、估計、及反饋方法
【專利摘要】本發明涉及稀疏信道的檢測方法，其中給出了簡單有效的信道稀疏性的指標，并防止了非稀疏信道和基于稀疏信道的方法之間的失配。在非稀疏信道下，可以采用各種備選方案以使估計質量的下降和反饋開銷的增加達到最小。本發明還描述了作為一種基于稀疏信道的方法的連續時域參數提取中的偽多徑去除方案，該方案進一步地改進了估計質量和降低了反饋開銷。
【專利說明】稀疏信道的檢測、估計、及反饋方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電訊系統以及無線通訊系統領域，特別涉及無線移動網絡信道檢測【技術領域】，具體是指一種稀疏信道的檢測、估計、及反饋方法。
【背景技術】
[0002]小區容量是衡量無線移動網絡的一項重要性能指標。多點傳播和空間復用技術具有將小區容量提高數倍的潛力，已為LTE-A (長期演進技術的先進版本)所采納，并被相應地稱為協作多點傳輸(coordinated multipoint transmission, CoMP)和多用戶多輸入多輸出(mult1-User mult1-1nput mult1-output, MU-MIM0)。
[0003]為充分實現CoMP和MU-MMO的潛力，協作基站需要關于下行信道的全部信息，該信息需要移動用戶通過上行信道反饋至基站。然而，巨大的反饋開銷擠占了上行信道的容量，從而限制了 CoMP和MU-MMO的有效實現。最近提出的基于時域參數提取的信道估計和信道反饋的方法，將信道估計精度提高了一至兩個數量級，并將反饋開銷減少了一至兩個數量級，從而解決了反饋開銷過大的問題。
[0004]時域參數提取利用了無線信道的稀疏性，即通常的無線信道由稀疏的多徑所構成。一個稀疏的無線信道可以由有限數目的時域參數來描述，因此只需很少的數據量，從而大大降低了信道反饋開銷。
[0005]在移動網絡的覆蓋區域里，受地形或環境影響，某些位置上的無線信道可能是非稀疏的。這樣的情形或許并不經常出現，但卻給基于稀疏信道的方法，例如時域參數提取，帶來了應用上的困難。當基于稀疏信道的方法應用在稠密信道時，則有可能帶來信道估計質量的下降和反饋開銷的增加，因此限制了 CoMP和MU-MMO的優勢，并降低了小區容量。
[0006]據此，無線移動網絡對檢測稀疏信道的方法、裝置以及系統裝置以及系統有著強烈的需求。對稀疏信道的檢測可以實現如下目的:(a)盡可能地以可靠且有效的方式應用基于稀疏信道的方法，(b)盡可能地防止因基于稀疏信道的方法和非稀疏信道之間的失配所帶來的性能下降，以及(C)在非稀疏信道的情形下，采用備選方案使得信道估計和信道反饋的性能以及小區容量達到最優。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是克服上述現有技術中的缺點，提供能夠提高信道估計的質量和降低信道反饋開銷、將信道估計精度最大化且信道反饋開銷最小化、并使上行信道資源得以更有效地利用的稀疏信道的檢測、估計、及反饋方法。
[0008]下面的描述給出了關于本發明的若干方面的概要，以提供對這些方面的基本理解。本概要的目的是簡要地介紹關于本發明若干方面的有關概念。這些介紹可以認為是后續詳細描述的提要。
[0009]本發明的某些方面是關于從接收信號中實行對稀疏信道的檢測。在信道被檢測為稀疏的情形下，采用基于稀疏信道的方法保證了信道估計的高精度和低反饋開銷。[0010]在本發明的一些進一步的方面，稀疏信道檢測可以采用若干不同的檢測變量。這些檢測變量包括所捕獲的相對信道能量，所捕獲的相對總能量，以及匹配誤差。
[0011]在本發明的另外一些方面，連續時域參數提取被用來進行信道估計和反饋。偽多徑可以通過一依賴于觀測噪聲能量的閾值被去除，從而進一步地改進了估計精度和降低了反饋開銷。
[0012]本發明還有一些方面涉及在信道被確定為非稀疏時，信道估計和反饋的各種備選方案。備選方案可以通過由稀疏信道檢測所得到的信息來選擇。進一步地，如果反饋開銷太大，移動用戶可以通知網絡以使網絡得知信道不適于反饋。網絡可以據此暫時停止該移動用戶的信道反饋功能，使其不再參與CoMP和MU-MM0，并將信道反饋功能賦予其他移動用戶。如果上行信道可以支持增大的反饋開銷，網絡也可以決定不中斷信道反饋。上述方面使得上行信道資源得以更有效地利用，并充分發揮了 CoMP和MU-MMO在網絡中的效益。
[0013]綜上所述，本發明的優點在于提供了簡單而有效的稀疏信道檢測方法，通過盡可能地采用基于稀疏信道的方法來提高信道估計的質量和降低信道反饋開銷，并提供了用于非稀疏信道的備選方案，將信道估計精度最大化，信道反饋開銷最小化，并使上行信道資源得以更有效地利用。更多的優點和新穎獨到的特征可以通過對下面關于本發明的詳細描述和附圖的研究而變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1 (a)、l (b)、l (c)描述了時域上示范性的稀疏信道和非稀疏信道。
[0015]圖2描述了稀疏信道的檢測、估計、以及反饋的示范性框圖。
[0016]圖3描述了選擇信道估計備選方案的示范性流程圖。
[0017]圖4描述了選擇信道反饋備選方案的示范性流程圖。
【具體實施方式】
[0018]為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。
[0019]借助附圖，下文更充分地描述了本發明中所公開的發明主旨。附圖描述了本發明的一些(但不是全部)方面或一些具體實現。描述中所引用的數字標記對應于附圖中相應的元素。本發明的種種方面可以通過許多不同的方式實現，因此不應被認為受限于本發明中所描述的范例性實現。下文中描述了若干用于解釋目的的具體細節，以期達到對發明主旨的詳盡理解。然而在許多情況下，將發明主旨付諸實踐可能并不一定需要這些具體細節。在另外一些場合，為了突出對發明主旨的描述，眾所周知的方法、步驟、以及組成部分的細節則不再詳述。
[0020]在下文中，術語“信道反饋”指的是全部信道信息的反饋，即所有的解調數據所需的信道信息，而不是指個別信道特征(如信噪比)的反饋。
[0021]大部分無線信道由稀疏的多徑構成。非稀疏信道則有許多稠密分布的多徑。圖1描述了時域上示范性的稀疏信道和非稀疏信道。圖1 (a)示出了一具有長延遲的示范性稀疏信道。圖1 (b)示出了一具有短延遲的示范性稀疏信道。圖1 (C)示出了一示范性非稀疏信道。在連續時域上，多徑的傳播延遲并不一定是采樣間隔的整數倍。而在離散時域上，信道由位于采樣間隔的整數格點處的信道抽頭所描述。對于離散時域上的稀疏信道來說，大部分的信道能量集中在有限數目的具有支配性能量的信道抽頭上。
[0022]如果信道首先在頻域上所觀測，如正交頻分復用(OFDM)中的若干用于信道估計的參考信號(Reference Signal, RS)子載波，時域上的信道觀測可以通過下述方式從頻域上
的信道觀測而導出。頻域上的信道觀測可以寫為
[0023]
【權利要求】
1.一種信道估計方法，其特征在于，該方法包括: Ca)從接收信號中計算一個或多個檢測變量， (b)基于所述的一個或多個檢測變量，檢測接收信號所通過的信道的稀疏性，以及 (c)如果所述的信道被檢測為是稀疏的，則采用基于稀疏信道的方法進行信道估計，如果所述的信道被檢測為是非稀疏的，則采用一備選方案進行信道估計。
2.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，計算所述的基于所述的一個或多個檢測變量進一步包括: (a)將一頻域信道觀測向量延拓為長度為預先確定的離散逆傅里葉變換長度的延拓向量，以及 (b)通過離散逆傅里葉變換，將所述的延拓向量變換為一時域信道觀測向量，該時域信道觀測向量亦被稱為信道抽頭的觀測向量。
3.根據權利要求2所述的信道估計方法，其特征在于，對所述的頻域信道觀測向量進行延拓進一步包括在沒有頻域信道觀測值的位置處補零。
4.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，所述的檢測變量為下列情形之 Ca)由給定數目的所觀測到的信道抽頭所捕獲的相對信道能量， (b)由給定數目的所觀測到的信道抽頭所捕獲的相對總能量，以及 (C)匹配誤差。
5.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，檢測所述的信道的稀疏性進一步包括將所述的檢測變量與一預先確定的檢測閾值相比較。
6.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，進一步包括:通過估計頻域信道觀測噪聲的方差而對時域信道觀測噪聲的能量進行估計。
7.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，進一步包括:采用分布函數方法對時域信道觀測噪聲的能量進行估計。
8.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，所述的基于稀疏信道的方法為連續時域參數提取。
9.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，所述的基于稀疏信道的方法為離散時域參數提取。
10.根據權利要求1所述的信道估計方法，其特征在于，所述的備選方案為下列情形之 (a)所述的基于稀疏信道的方法，該方法的時域參數數目與針對所述的稀疏信道的時域參數數目相同， (b)所述的基于稀疏信道的方法，該方法具有更多數目的時域參數，以及 (C) 一種傳統的信道估計方法。
11.一種網絡中的信道反饋方法，其特征在于，該方法包括: Ca)從接收信號中計算一個或多個檢測變量， (b)基于所述的一個或多個檢測變量，檢測接收信號所通過的信道的稀疏性，以及(C)如果所述的信道被檢測為是稀疏的，則采用基于稀疏信道的方法進行信道反饋，如果所述的信道被檢測為是非稀疏的，則采用一備選方案進行信道反饋。
12.根據權利要求11所述的網絡中的信道反饋方法，其特征在于，采用基于稀疏信道的方法進行信道反饋進一步包括: Ca)提取所述的稀疏信道的時域參數，以及 (b)將所提取的時域參數進行反饋。
13.根據權利要求12所述的網絡中的信道反饋方法，其特征在于，將所提取的時域參數進行反饋進一步包括采用數據壓縮技術將所提取的時域參數進行壓縮。
14.根據權利要求11所述的網絡中的信道反饋方法，其特征在于，所述的備選方案為下列情形之一: Ca)所述的基于稀疏信道的方法，該方法的時域參數數目與針對所述的稀疏信道的時域參數數目相同， (b)所述的基于稀疏信道的方法，該方法具有更多數目的時域參數，以及 (c)通過信令步驟與所述的網絡交換信息。
15.根據權利要求14所述的網絡中的信道反饋方法，其特征在于，通過信令步驟與所述的網絡交換信息進一步包括: Ca)將過高的反饋開銷通知于所述的網絡， (b)查看所述的網絡 的回復，以及 (c)如果所述的網絡的回復是停止信道反饋，則將信道反饋停止。如果所述的網絡的回復是可以進行信道反饋，則通過如下方式之一繼續進行信道反饋: (i )所述的基于稀疏信道的方法，該方法的時域參數數目與針對所述的稀疏信道的時域參數數目相同， (?)所述的基于稀疏信道的方法，該方法具有更多數目的時域參數，以及 (iii)一種傳統的信道反饋方法。
16.一種信道中時域參數的提取方法，其特征在于，該方法包括: Ca)從接收信號中的導頻信號產生一信道觀測集， (b)構造所述的信道觀測和一時域信道模型之間的匹配誤差，所述的時域信道模型包含一時域參數集，所述的時域參數包含多徑的數目以及所述的多徑的復幅度和傳播延遲， (c)通過對所述的匹配誤差實施遞歸式最小化以檢測一個或多個多徑，并確定所檢測出的多徑的復幅度和傳播延遲， Cd)對每一檢測出的多徑進行偽多徑檢測，如果一所述的多徑被確定為偽多徑，則將該多徑去除， (e)重復步驟(c)和(d)直至所述的偽多徑被檢測出并被去除，或直至給定數目的多徑已被檢測出，以及 (f)在給定所檢測出的多徑的傳播延遲處，通過對所述的匹配誤差實施最小化，對所有檢測出的、非偽多徑的多徑的復幅度進行細化改進， 據此，所述的檢測出的多徑的數目、所述的檢測出的多徑的經細化改進后的復幅度、以及所述的檢測出的多徑的傳播延遲即為提取出的時域參數。
17.根據權利要求16所述的信道中時域參數的提取方法，其特征在于，對每一檢測出的多徑進行偽多徑檢測進一步包括: Ca)計算所述的檢測出的多徑的能量，(b)將所述的檢測出的多徑的能量與一偽多徑閾值相比較，該偽多徑閾值正比于時域觀測噪聲或頻域觀測噪聲的能量，以及 (C)如果所述的檢測出的多徑的能量小于所述的偽多徑閾值，則認為所述的檢測出的多徑為偽多徑。
18.根據權利要求16所述的信道中時域參數的提取方法，其特征在于，進一步包括采用所述的提取出的時域參數來重構所述的信道，據此，重構出的信道可以作為所述的信道的估計。
19.根據權利要求16所述的信道中時域參數的提取方法，其特征在于，進一步包括通過反饋所述的提取出的時域參數的方式來進行信道反饋。
20.根據權利要求16所述的信道中時域參數的提取方法，其特征在于，進一步包括采用所述的所提取出的時域參數作為初始猜測來求解對匹配誤差的完整最小化，據此，所述的完整最小化的解為 所述的所提取出的時域參數的改進。
【文檔編號】H04L25/02GK103997470SQ201410045387
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月7日 優先權日:2013年2月15日
【發明者】王曉安 申請人:王曉安