CN116405350B - 一种超大规模mimo通信***的信道估计方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置，该***基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；具体包括：采用空时编码方式设计天线阵列对应的合并矩阵，并将合并矩阵作用于基站的移相器上；控制用户终端向基站发送导频信号，以使基站得到对应的接收信号；基于接收信号，提取每一个子天线阵列对应的接收信号；利用每一个子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；合并所述子信道，得到用户终端到基站的信道。本发明提出了混合预编码框架下合并矩阵的设计方法以及基于该合并矩阵的空间非平稳信道的估计方法，提升了信道估计准确度。

Description

一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置
技术领域
本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置。
背景技术
为满足日益增长的业务需求，使用毫米波（30GHz-300GHz，5G标准采纳）、太赫兹（0.1THz-10THz）等高频段提供的极高带宽移动通信技术成为未来移动通信网络的重要技术手段。然而，在频谱资源丰富的毫米波、太赫兹等频段，无线传播存在严重的路径损耗，以0.16 THz频段的太赫兹信号为例，其传播过程将会经历高达80 dB/km的严重路损。大规模多输入多输出（multi-input multi-output，MIMO）技术被公认为是攻克这一挑战的关键技术之一。大规模MIMO技术通过配置超大规模天线阵列（比如256根天线）形成具有极高阵列增益的方向性波束，能够补偿高频段的路径损耗，同时提高***的频谱效率。自提出以来，大规模MIMO技术已经成为了学术界与工业界的研究热点，在最新的3GPP R15标准中正式被采纳为5G的物理层技术。在未来通信中，天线规模将进一步增大，成为配备有上千根天线的超大规模MIMO通信***，在能够形成更高增益的同时，天线数规模的大幅提升也为通信带来了新的挑战。
得益于高频段信号的高路径衰减，在高频通信***中，多径数量通常较少，通过傅里叶变换将接收信号通从空域转换到角度域或者从空域转换到角度-距离域，可以提取出各径的具体参数，这为信道估计提供了极大的方便。然而由于超大规模MIMO的巨大口径，超大规模MIMO通信***中普遍存在着空间非平稳现象，即天线不同部分看见的散射体或用户不同。在传统的信道估计方法中，隐含了空间平稳的假设，所以对于整个阵面来说，不同径的参数可以只用角度或角度-距离描述，在空间非平稳***中，不同径的参数还需要加上对应的天线单元，这给信道估计引入了新的复杂度，这也使得传统信道估计方法如果直接用于空间非平稳信道，信道估计精度会大幅降低。（参考Z. Yuan, J. Zhang, Y. Ji, G. F.Pedersen, and W. Fan, “Spatial non-stationary near-field channel modeling andvalidation for massive MIMO systems,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 71,no. 1, pp. 921–933, 2023.）
目前，针对空间非平稳信道估计已有部分研究，但已有研究都基于全数字预编码框架，这意味着基站可以很容易得提取各子阵列的接收信号进行处理，然而这类方法都无法用在超大规模MIMO***的混合预编码框架中，因为对于全数字预编码框架而言，每根天线都连接一个射频链，每一个射频链获取相应天线的接收信号；而对于混合预编码框架而言，射频链的接收信号是各天线接收信号被合并矩阵作用后的混合，无法提取；两者存在不兼容的问题。因此，亟需提供一种混合预编码框架下的非平稳信道估计方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置，通过设计混合预编码框架下合并矩阵以及基于该合并矩阵的空间非平稳信道的估计方法，提升信道估计准确度。
第一方面，本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；所述方法包括：
采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；
合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，包括：
基于预设条件，设计空时编码矩阵；
根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述合并矩阵；
其中，所述预设条件至少包括下述要求：
所述空时编码矩阵的行列数均为，/>为所述子天线阵列的数目；
所述空时编码矩阵为满秩方阵；
所述空时编码矩阵的列之间相互正交；
所述空时编码矩阵中元素移相所需的精度小于预设精度阈值。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述空时编码矩阵为阶Hadamard矩阵。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述合并矩阵，包括：
基于每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成组合矩阵；
令所述空时编码矩阵中的每一个元素乘以的全1矩阵，得到第一矩阵；
将所述第一矩阵与所述组合矩阵点乘，得到所述合并矩阵；
其中，所述组合矩阵的表达式为：，所述合并矩阵的表达式为，/>为第/>个所述子天线阵列对应的合并矩阵，/>为第/>个时隙所述天线阵列对应的合并矩阵，/>。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，每一个所述子天线阵列对应的接收信号，按下式确定：
；
其中，为所述子天线阵列的数目，/>为所述空时编码矩阵，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号中与所述第/>个所述子天线阵列对应的部分。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道，包括：
利用所述导频信号、每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道。
根据本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，所述估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，采用包括但不限于OMP和AMP的估计算法实现。
第二方面，本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计装置，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；所述装置包括：
设计模块，用于采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
导频信号收发模块，用于控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
提取模块，用于基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
子信道估计模块，用于利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；
信道估计模块，用于合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述超大规模MIMO通信***的信道估计方法。
第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述超大规模MIMO通信***的信道估计方法。
本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置，首先采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵；其中，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；其次，控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；而后，基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；之后，利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；最后，合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。本发明采用空时编码思想设计了混合预编码框架下的基站端合并矩阵，并设计了基于基站端合并矩阵的空间非平稳信道的估计方法，提升了信道估计准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的超大规模MIMO通信***的结构示意图；
图2是本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法的流程示意图；
图3是本发明提供的传统信道估计-远场、传统信道估计-近场和本发明方法的估计精度的仿真效果示意图；
图4是本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计装置的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
510：处理器；520：通信接口；530：存储器；540：通信总线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图5描述本发明的一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法和装置。
图1提供了超大规模MIMO通信***的结构示意图，如图1所示，假设基站包含个天线，/>根射频链，用户单天线。***宽带为/>，采用正交频分复用（orthogonal frequencydivision multiplexing, OFDM）技术来实现上行传输，其中包含/>个子载波，其中心频率表示为/>，第/>个子载波上的频率可以表示为：/>，基站天线间隔设置为中心频率对应载波波长的一半。超大规模MIMO通信***建模为：
；
上式中，为第/>个子载波上的用户接收信号，/>为用户终端在第/>个子载波上发送的导频信号，/>为加性高斯白噪声，/>为基站侧合并矩阵（用于移相器），/>为第/>个子载波从用户终端到基站的信道。
其中，可以表示为：
；
上式中，为天线阵列中包含的天线总数，/>为信道/>中包含的路径总数，/>和/>分别为信道/>中第/>条路径的角度和距离，/>表示信道/>中第/>条路径的路径增益，/>为第/>个子载波对应的波数，表达式为/>，/>为第/>个子载波对应的频率，/>为光速，为超大规模MIMO通信***中天线阵列的导引矢量，/>为非平稳现象带来的可视区域向量。
这里，表示为：
；
中的第/>个元素的表达式为：
；
其中，为中心频率子载波对应的波数，/>为第/>根天线的标号，/>为相邻两根天线的间距，/>表示第/>根天线到用户的距离，/>表示信道/>中第/>条路径的可视区域。
传统技术信道估计方法中，隐含了空间平稳的假设（即省略了对信道估计影响），以致传统信道估计方法如果直接用于空间非平稳信道，信道估计精度会大幅降低。但是如果考虑空间非平稳现象，受超大规模天线阵列的影响，信道估计将会变得极度复杂。考虑到在非平稳信道中，某条路径的可视区域通常是连续的一部分子阵面，所以为了进一步简化***模型，本发明将天线阵列分成若干个子天线阵列来处理，记子天线阵列数为/>，/>表示按子阵区分的可视区域，所以，可视区域向量可以进一步表示为：
；
在此情况下，混合预编码框架下用户终端到基站的非平稳信道估计问题将转变为混合预编码框架下用户终端到基站的链路上每一个子天线阵列对应的非平稳子信道的估计问题。鉴于此，本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法，如图2所示，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；所述方法包括：
S11：采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
可以理解的是，移相器用于对天线接收信号施加一个0度到360度的相移，也就是合并矩阵A对应的元素。
S12：控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
S13：基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
S14：利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；
S15：合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法采用空时编码思想设计了混合预编码框架下的基站端合并矩阵，并设计了基于基站端合并矩阵的空间非平稳信道的估计方法，提升了信道估计准确度。
具体的，所述S11包括：
S11.1：基于预设条件，设计空时编码矩阵；
S11.2：根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述合并矩阵；
其中，所述预设条件至少包括下述要求：
所述空时编码矩阵的行列数均为，/>为所述子天线阵列的数目；
所述空时编码矩阵为满秩方阵；
所述空时编码矩阵的列之间相互正交；
所述空时编码矩阵中元素移相所需的精度小于预设精度阈值。
可选的，所述空时编码矩阵为阶Hadamard矩阵。
进一步的，所述S11.2，包括：
S11.2.1：基于每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成组合矩阵；
S11.2.2：令所述空时编码矩阵中的每一个元素乘以的全1矩阵，得到第一矩阵；
S11.2.3：将所述第一矩阵与所述组合矩阵点乘，得到所述合并矩阵；
其中，所述组合矩阵的表达式为：，所述合并矩阵的表达式为/>，/>为第/>个所述子天线阵列对应的合并矩阵，/>为第/>个时隙所述天线阵列对应的合并矩阵，/>。
本发明改变了传统信道估计过程中各个时隙合并矩阵均随机生成的做法，而是按空时编码方式在不同时隙将基站侧合并矩阵按子阵分组做整体变化。以将基站天线阵列分为两个子天线阵列的简单情况为例进行说明：
对于第个时隙，两个子天线阵列对应的合并矩阵分别为/>和/>，天线阵列对应的合并矩阵/>为/>，此时基站接收信号可以表示为：
；
可以看到，两个子天线阵列对应的信道和/>被解耦。
对于第个时隙，按子阵分组对合并矩阵/>做整体改变得到/>，即两个子天线阵列对应的合并矩阵分别为/>和/>，天线阵列对应的合并矩阵/>为/>，此时接收信号则可以表示为：
；
将两路接收信号合并，即可提取两个子天线阵列对应的接收信号：
；
根据超大规模MIMO通信***可知，在信道估计过程中，由用户终端发射已知导频，基站侧依据已知导频/>，合并矩阵/>和接收信号/>即可恢复信道/>。因此在得到两个子天线阵列对应的接收信号时，即可估计出/>和/>。
由此，我们可以将此思路拓展到划分为任意数量的子天线阵列的情况。上述划分为两个子天线阵列的情况，其合并矩阵设计过程可以抽象为：
；
其中，为设计的空时编码矩阵，利用其对原始合并矩阵/>进行分组整体变换，即可获得对应的各时隙合并矩阵。
对于空时编码矩阵，其需要满足如下三个条件：
1）需要为满秩方阵，从而可以求逆得到各子天线阵列对应的接收信号；
2）列之间需要相互正交，从而消除噪声的影响；
3）元素移相所需精度尽量小，从而满足实际***的需求。
为满足此三条要求，本发明选取阶Hadamard矩阵作为空时编码矩阵/>。
Hadamard矩阵是由1和-1组成的矩阵，其可以通过递推得到，记阶Hadamard矩阵为/>，其中/>，则各阶Hadamard矩阵可以由如下表达式得到：
；
对于基站天线阵列被划分为个子天线阵列的情况，相应的合并矩阵可以由下式生成：
；
其中由下式生成
；
这里，即为上述第一矩阵。
具体的，所述S13中每一个所述子天线阵列对应的接收信号，按下式确定：
；
其中，为所述子天线阵列的数目，/>为所述空时编码矩阵，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号中与所述第个所述子天线阵列对应的部分。
对于上述划分为两个子天线阵列的情况，对接收信号的操作可以抽象为：
；
由此可见，通过设计空时编码矩阵，即可提取对应子天线阵列的接收信号，方便后续进一步处理。
相应的，划分为任意数量的子天线阵列的情况，对接收信号的操作可以抽象为：
；
由此，可以得到各子天线阵列对应的接收信号，从而分别估计各子天线阵列对应的信道。
具体的，所述S14~S15中，在得到各子天线阵列对应的接收信号后，对各子天线阵列可以分别采用已有的基于压缩感知的算法进行信道估计，包括但不限于正交匹配追踪算法（OMP），近似消息传递算法（AMP）等，对各子天线阵列的信道进行估计后，得到估计的子信道为，合并后可以得到完整信道/>。
对所提方案进行仿真验证，考虑基站天线数为512，子载波个数为256，用户数为4，射频链数量为4，中心频点为100GHz，带宽为100MHz，子阵列数量为4，多径数量为3。图3示例了传统信道估计-远场、传统信道估计-近场和本发明方法的估计精度的仿真效果示意图，图3中NMSE未归一化后的平均绝对误差，可以看到，所提方法相比传统信道估计方法可以提升信道估计精度约8dB。
也即本发明所提出的信道估计方法可以有效识别超大规模MIMO***中的空间非平稳现象，相比传统方案可以获得显著的信道估计精度提升。
第二方面，对本发明提供的超大规模MIMO通信***的信道估计装置进行描述，下文描述的超大规模MIMO通信***的信道估计装置与上文描述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法可相互对应参照。图4示例了超大规模MIMO通信***的信道估计装置的结构示意图，如图4所示，所述装置包括：
设计模块21，用于采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
导频信号收发模块22，用于控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
提取模块23，用于基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
子信道估计模块24，用于利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；信道估计模块25，用于合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
本发明提供一种超大规模MIMO通信***的信道估计装置，采用空时编码思想设计了混合预编码框架下的基站端合并矩阵，并设计了基于基站端合并矩阵的空间非平稳信道的估计方法，提升了信道估计准确度。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述设计模块，包括：
第一设计单元，用于基于预设条件，设计空时编码矩阵；
生成单元，用于根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述合并矩阵；
其中，所述预设条件至少包括下述要求：
所述空时编码矩阵的行列数均为，/>为所述子天线阵列的数目；
所述空时编码矩阵为满秩方阵；
所述空时编码矩阵的列之间相互正交；
所述空时编码矩阵中元素移相所需的精度小于预设精度阈值。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述空时编码矩阵为阶Hadamard矩阵。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述生成单元，包括：
第一生成子单元，用于基于每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成组合矩阵；
第二生成子单元，用于令所述空时编码矩阵中的每一个元素乘以的全1矩阵，得到第一矩阵；
第三生成子单元，用于所述第一矩阵与所述组合矩阵点乘，得到所述合并矩阵；
其中，所述组合矩阵的表达式为：，所述合并矩阵的表达式为/>，/>为第/>个所述子天线阵列对应的合并矩阵，/>为第/>个时隙所述天线阵列对应的合并矩阵，/>。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，每一个所述子天线阵列对应的接收信号，按下式确定：
；
其中，为所述子天线阵列的数目，/>为所述空时编码矩阵，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号，/>为第/>个时隙所述基站在第/>个子载波上的接收信号中与所述第/>个所述子天线阵列对应的部分。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述子信道估计模块，用于：
利用所述导频信号、每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，采用包括但不限于OMP和AMP的估计算法实现。
第三方面，图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行超大规模MIMO通信***的信道估计方法，该方法包括：采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道；合并所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
第四方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，该方法包括：采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道；合并所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
第五方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，该方法包括：采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；利用每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道；合并所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；所述方法包括：
采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
利用所述导频信号、每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；
合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
2.根据权利要求1所述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，所述采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，包括：
基于预设条件，设计空时编码矩阵；
根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述天线阵列对应的合并矩阵；
其中，所述预设条件至少包括下述要求：
所述空时编码矩阵的行列数均为Ns，Ns为所述子天线阵列的数目；
所述空时编码矩阵为满秩方阵；
所述空时编码矩阵的列之间相互正交；
所述空时编码矩阵中元素移相所需的精度小于预设精度阈值。
3.根据权利要求2所述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，所述空时编码矩阵为Ns阶Hadamard矩阵。
4.根据权利要求2或3所述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，所述根据所述空时编码矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成所述天线阵列对应的合并矩阵，包括：
基于每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵，生成组合矩阵；
令所述空时编码矩阵中的每一个元素乘以1×N/Ns的全1矩阵，得到第一矩阵；
将所述第一矩阵与所述组合矩阵点乘，得到所述天线阵列对应的合并矩阵；
其中，所述组合矩阵的表达式为：所述天线阵列对应的合并矩阵的表达式为/>Ap,i为第i个所述子天线阵列对应的合并矩阵，Ap+k为第p+k个时隙所述天线阵列对应的合并矩阵，i∈{1,2…Ns}，k∈{0,1…Ns-1}，N为基站包含的天线个数。
5.根据权利要求4所述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，每一个所述子天线阵列对应的接收信号，按下式确定：
其中，Ns为所述子天线阵列的数目，为所述空时编码矩阵，ym,p+k为第p+k个时隙所述基站在第m个子载波上的接收信号，/>为第p个时隙所述基站在第m个子载波上的接收信号中与所述第i个所述子天线阵列对应的部分。
6.根据权利要求1所述的超大规模MIMO通信***的信道估计方法，其特征在于，所述估计所述用户终端到每一个所述子天线阵列的信道，采用包括OMP和AMP的估计算法实现。
7.一种超大规模MIMO通信***的信道估计装置，其特征在于，所述超大规模MIMO通信***中基站的天线阵列被均匀划分为多个子天线阵列；所述装置包括：
设计模块，用于采用空时编码方式设计所述天线阵列对应的合并矩阵，并将所述合并矩阵作用于所述基站的移相器上；其中，所述合并矩阵在不同时隙对每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵做整体变化；
导频信号收发模块，用于控制用户终端向所述基站发送导频信号，以使所述基站得到对应的接收信号；
提取模块，用于基于所述接收信号，提取每一个所述子天线阵列对应的接收信号；
子信道估计模块，用于利用所述导频信号、每一个所述子天线阵列对应的合并矩阵以及每一个所述子天线阵列对应的接收信号，估计所述用户终端到所述基站的链路上每一个所述子天线阵列对应的子信道；
信道估计模块，用于合并所述子信道，得到所述用户终端到所述基站的信道。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述超大规模MIMO通信***的信道估计方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述超大规模MIMO通信***的信道估计方法。
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