本發(fā)明涉及一種導頻發(fā)送方法，特別涉及一種適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法。

背景技術：

1、隨著5g移動網(wǎng)絡的發(fā)展，用戶對無線網(wǎng)絡吞吐量需求呈指數(shù)級增長。massivemimo由于其高頻譜效率，高能效等特點被認為是5g網(wǎng)絡的關鍵技術之一。massive?mimo在基站配備大規(guī)模天線陣列，使多個用戶復用相同的時頻資源，顯著提高了系統(tǒng)吞吐量，同時基站側的大規(guī)模天線陣列還能減少小尺度衰落造成的信道容量損失。然而這些優(yōu)勢都建立在基站能夠精確獲知信道狀態(tài)信息(csi)的基礎上。由于工作在頻分雙工(fdd)模式massive?mimo系統(tǒng)的上下行信道頻段不同，不存在信道互易性，因此fdd?massive?mimo系統(tǒng)需要分別估計上下行信道csi，其中下行信道估計的導頻數(shù)量與基站天線數(shù)量成正比，當基站天線數(shù)量較多時，密集的導頻顯著降低了通信系統(tǒng)的吞吐量。因此想要提高通信系統(tǒng)吞吐量，優(yōu)化導頻的發(fā)送間隔是一種有效的方法。通過對具有不同相干時間的信道采用不同的導頻發(fā)送間隔，可以降低導頻占用的通信資源，提高系統(tǒng)的吞吐量。

2、信道的相干時間指信道近似不變的最大時長，其與用戶的移動速度有關，通常低速用戶的信道具有更長的相干時間，高速用戶對應更短的相干時間。當導頻發(fā)送間隔小于或等于信道的相干時間時，導頻信號可以作為相干時間內(nèi)信道狀態(tài)的準確估計。當導頻發(fā)送間隔大于信道的相干時間時，信道已經(jīng)發(fā)生了變化，導頻無法準確地反映當前的信道狀態(tài)，信道估計誤差增加，進而影響整個系統(tǒng)的性能。因此可以根據(jù)信道的相干時間設定導頻的發(fā)送間隔，從而最大化通信系統(tǒng)的吞吐量。

3、當前的導頻自適應發(fā)送方法主要分為兩類，第一類方法假設無線傳播環(huán)境滿足jakes均勻散射模型，此時信道的自相關函數(shù)可表示為0階貝塞爾函數(shù)。在已知用戶移動速度的條件下，0階貝塞爾函數(shù)的第一個零點對應的時間間隔可以作為相干時間的粗略估計，并根據(jù)該估計值調(diào)整導頻的發(fā)送間隔。第二類方法將導頻的發(fā)送間隔離散為最小發(fā)送間隔的整數(shù)倍，并利用上述的解析自相關函數(shù)，將導頻間隔優(yōu)化問題建模為組合優(yōu)化問題。通過采用分支定界(branch?and?bound)，禁忌搜索(tabu?search)、模擬退火(simulatedannealing)等算法求出使系統(tǒng)吞吐量最大的導頻發(fā)送間隔。然而這兩類方法都依賴于均勻散射環(huán)境的假設，在室內(nèi)以及散射體非均勻分布的情況下，信道的自相關函數(shù)無解析表達式，此時繼續(xù)使用0階貝塞爾函數(shù)估計相干時間不合理。此外，這兩類方法都假設基站知曉用戶當前的移動速度，但用戶的實時速度信息需要占據(jù)額外的時頻資源，這不可避免地會降低系統(tǒng)的吞吐量。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提供一種適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，利用信道的階段平穩(wěn)性質(zhì)將時變非平穩(wěn)信道分解為多個平穩(wěn)信道塊，并對多段平穩(wěn)信道塊分別進行相干時間估計，通過相干時間決定當前使用的導頻發(fā)送間隔；所述方法包括如下步驟：

4、步驟1：信道相關性估計；首先將信道劃分為多段平穩(wěn)信道塊，接著在各平穩(wěn)信道塊的前一預定時間段內(nèi)利用陣列天線上采樣的獨立同分布信道樣本對信道的相關性進行區(qū)間估計；

5、步驟2：導頻間隔選擇；使用閾值法給出相干時間的估計值，并根據(jù)估計值設置導頻間隔。

6、進一步的，步驟1包括：

7、步驟1-1：通過信道樣本求得信道的樣本相關系數(shù)；

8、步驟1-2：利用fisher-z變換給出時間相關系數(shù)的高置信度區(qū)間。

9、進一步的，步驟1-1具體包括：

10、令用戶k對應信道當前時隙為n，假設第m個時隙后的信道向量gk(n+l)與gk(n)在同一個平穩(wěn)塊內(nèi)；設平穩(wěn)信道塊長度為ns個時隙，用于相關系數(shù)估計的時間窗口長度為nm個時隙；在每個平穩(wěn)塊開始的前nm個時隙，基站獲得用戶k在時隙n上天線陣列的信道樣本向量進而得到信道估計之間的時間相關系數(shù)在獨立同分布的瑞利衰落假設下，時間相關系數(shù)由樣本相關系數(shù)rk,l進行估計，即繼而得到不同時間間隔l對應的樣本相關系數(shù)向量

11、進一步的，步驟1-2具體包括：

12、對相關系數(shù)rk,l作fisher-z變換：

13、

14、變換值zk,l近似服從均數(shù)為標準差為的正態(tài)分布；令的聯(lián)合置信度為1-α，則對應的顯著性水平的1-ζ置信區(qū)間為其中uζ/2是標準正態(tài)分布的ζ/2上分位點；在得到區(qū)間估計[lk,l′,uk,l′]后，使用反雙曲正切變換將[lk,l′,uj,l′]變換為相關系數(shù)的1-ζ置信區(qū)間[lj,l,uk,l]＝[tanhlk,l′,tanhuk,l′]。

15、進一步的，步驟2包括：

16、步驟2-1：根據(jù)具體的系統(tǒng)性能要求設定信道相關性閾值b；

17、步驟2-2：將樣本相關系數(shù)向量中各元素的下界lk,l與設定的閾值b進行比較，選取作為當前平穩(wěn)塊內(nèi)的導頻發(fā)送的間隔；當發(fā)送的數(shù)據(jù)量超過ns個時隙，則認為信道進入后一個平穩(wěn)塊，重復步驟1。

18、進一步的，步驟2-1中，設下行信噪比pdl＝c時傳統(tǒng)方法的信道總容量指標為c,則要求自適應算法在pdl≥d>c時大于信道總容量指標c；信道相關性閾值b設置為：

19、

20、其中，其中βk代表基站和第k個用戶之間的大尺度衰落系數(shù)；τdl為導頻序列長度。

21、進一步的，通過fisher-z變換對信道的相關性進行高置信度區(qū)間估計，用于控制相干時間估計的錯誤概率。

22、進一步的，通過基于系統(tǒng)有效信干噪比的閾值設置方法，保證自適應導頻方法在高置信度條件下滿足信道總容量指標。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

24、1、通過對信道相關性進行高置信度區(qū)間估計，控制相干時間估計的錯誤概率，盡量避免相干時間高估影響系統(tǒng)吞吐量。

25、2、使用閾值法估計相干時間，并根據(jù)閾值和系統(tǒng)有效信干噪比之間的關系，給出閾值設置方法，使得自適應導頻方法能夠滿足具體任務對信道容量的需求。

技術特征：

1.適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，利用信道的階段平穩(wěn)性質(zhì)將時變非平穩(wěn)信道分解為多個平穩(wěn)信道塊，并對多段平穩(wěn)信道塊分別進行相干時間估計，通過相干時間決定當前使用的導頻發(fā)送間隔；所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，步驟1包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，步驟1-1具體包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，步驟1-2具體包括：

5.根據(jù)權利要求4所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，步驟2包括：

6.根據(jù)權利要求5所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，步驟2-1中，設下行信噪比pdl＝c時傳統(tǒng)方法的信道總容量指標為c,則要求自適應算法在pdl≥d>c時大于信道總容量指標c；信道相關性閾值b設置為：

7.根據(jù)權利要求2所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，通過fisher-z變換對信道的相關性進行高置信度區(qū)間估計，用于控制相干時間估計的錯誤概率。

8.根據(jù)權利要求6所述的適用于fdd?massive?mimo系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，其特征在于，通過基于系統(tǒng)有效信干噪比的閾值設置方法，保證自適應導頻方法在高置信度條件下滿足信道總容量指標。

技術總結
本發(fā)明公開了一種適用于FDD?Massive?MIMO系統(tǒng)的自適應導頻發(fā)送方法，利用信道的階段平穩(wěn)性質(zhì)將時變非平穩(wěn)信道分解為多個平穩(wěn)信道塊，并對多段平穩(wěn)信道塊分別進行相干時間估計，通過相干時間決定當前使用的導頻發(fā)送間隔。其步驟主要包括信道相關性估計和導頻間隔選擇。本發(fā)明通過對信道相關性進行高置信度區(qū)間估計，控制相干時間估計的錯誤概率，盡量避免相干時間高估影響系統(tǒng)吞吐量；本發(fā)明使用閾值法估計相干時間，并根據(jù)閾值和系統(tǒng)有效信干噪比之間的關系，給出閾值設置方法，使得自適應導頻方法能夠滿足具體任務對信道容量的需求。

技術研發(fā)人員：王少尉,錢舟毅
受保護的技術使用者：南京大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23