大规模MIMO卫星移动通信信道估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了大规模MIMO卫星移动通信信道估计方法及系统。卫星或信关站将基本导频经过不同相位调制因子调制后的序列作为导频集合，利用包括空间角度信息和平均信道能量在内的统计信道信息实施导频分配，确定各用户使用的导频序列。用户终端利用卫星或信关站分配的导频序列发送导频信号。卫星或信关站根据接收到的导频信号实施两级信道估计，信道估计值通过先对卫星侧接收信号进行逐子载波空域处理再进行逐用户频域处理得到，空域处理对所有子载波都是相同的，逐用户频域处理可以利用Toeplitz系统求解器快速实现。本发明专利技术中的两级信道估计方法能够达到接近最优的性能，具有大幅降低的实现复杂度。幅降低的实现复杂度。幅降低的实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】
大规模MIMO卫星移动通信信道估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及配置天线阵列的卫星移动通信信道估计方法及系统，尤其涉及利用大规模MIMO技术的卫星移动通信信道估计方法及系统。

技术介绍

[0002]卫星通信被认为是实现全球无缝网络覆盖的关键技术之一。现有的卫星通信大多采用多波束传输方案，其中卫星侧的波束成形器通常是固定的，这在一定程度上限制了卫星通信的传输能力。大规模多输入多输出(MIMO，multiple
‑
input multiple
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output)作为陆地5G的一项重要技术，通过利用基站侧的大规模天线阵列生成大量动态波束，可以在同一时频资源上支持数十个用户与基站通信。将大规模MIMO技术拓展应用于卫星移动通信系统，可以显著提高卫星移动通信系统的频谱效率和功率效率。
[0003]正交频分复用(OFDM，orthogonal frequency division duplexing)已经成为宽带传输中实现高速率通信的关键技术之一，其不但可以对抗频率选择性衰落，并且具有高效的实现方式。将大规模MIMO和OFDM相结合，形成大规模MI MO OFDM系统，是5G移动通信系统核心使能技术，也将在5G演进及6G系统中持续演进发展。以往大多数工作主要关注地面无线网络中的大规模MIMO OFDM技术，其中大规模MIMO OFDM信道估计技术也得到广泛研究和应用，但并未考虑卫星信道的特殊性。因此，开展对卫星大规模MIMO OFDM系统中的信道估计问题研究，具有十分重要的意义。据我们所知，目前还未见有这方面的文献。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提高卫星移动通信系统的信道估计性能，并降低实现复杂度。
[0005]技术方案：为实现上专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，所述方法应用于卫星移动通信系统，其特征在于：卫星配置天线阵列，与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信；将基本导频经过不同相位调制因子调制后的序列作为导频集合；卫星或信关站利用包括空间角度信息和平均信道能量在内的统计信道信息实施导频分配，确定各用户的导频序列，并将其序列号发送给各用户；用户发送导频信号，卫星或信关站根据接收到的导频信号实施信道估计，采用空频两级信道估计方法获得信道参数的估计值。
[0007]在优选的实施方案中，所述的统计信道信息由上行链路探测过程获得或通过各用户终端的反馈信息获得；所述的上行链路探测过程中，各个用户周期性地发送探测信号，卫星根据接收到的探测信号，估计各用户的空间角度信息和平均信道能量；所述的各用户终端的反馈信息是用户的地理位置信息、空间角度信息、平均信道能量。
[0008]在优选的实施方案中，卫星或信关站采用基于图的导频分配算法进行导频分配。所述基于图的导频分配算法将用户集合分为S个组，其中S表示可用导频数，使得同一组内的用户使用相同的导频，不同组的用户使用不同的导频。所述基于图的导频分配算法中，图
的顶点集合表示用户集合，图的顶点之间的权重表示用户之间的干扰。所述顶点之间的权重由空间角度信息和平均信道能量计算得到。所述基于图的导频分配算法包括如下步骤：
[0009]初始化已分配导频的用户集合和未分配导频的用户集合；
[0010]对每个未分配导频的用户分配使得组内任意两个顶点之间的权重之和最小的导频，更新已分配导频的用户集合和未分配导频的用户集合；
[0011]在优选的实施方案中，所述空频两级信道估计方法中，信道估计值通过先对卫星侧接收信号进行逐子载波空域处理再进行逐用户频域处理得到。所述空域处理对所有子载波都是相同的。所述逐用户频域处理可以利用Toeplitz系统求解器快速实现。
[0012]大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，所述方法应用于用户终端，其特征在于：
[0013]用户终端周期性地向卫星发送探测信号，或者向卫星反馈用户的地理位置信息、空间角度信息、平均信道能量，用于卫星或信关站实施导频分配和信道估计；
[0014]用户终端利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对上行发送信号进行频率和时间补偿；
[0015]各用户终端利用卫星或信关站分配的导频序列发送导频信号。
[0016]在优选的实施方案中，所述的卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延，由用户终端依据接收到的同步信号估计得到，或由用户终端和卫星的位置信息计算得到；随着卫星或用户终端的移动，动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息，频率和时间补偿量随之自适应地变化。
[0017]大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计卫星侧设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法。
[0018]大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计用户终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法。
[0019]大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计系统，包括卫星和用户终端，其特征在于：所述卫星配置天线阵列，与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信；所述卫星或与其相联系的信关站用于：
[0020]将基本导频经过不同相位调制因子调制后的序列作为导频集合；卫星或信关站利用包括空间角度信息和平均信道能量在内的统计信道信息实施导频分配，并将导频分配结果反馈给各用户；用户发送导频信号，卫星或信关站根据接收到的导频信号实施信道估计；
[0021]卫星或信关站采用基于图的导频分配算法进行导频分配。所述基于图的导频分配算法将用户集合分为S个组，其中S表示可用导频数，使得同一组内的用户使用相同的导频，不同组的用户使用不同的导频。所述基于图的导频分配算法中，图的顶点集合表示用户集合，图的顶点之间的权重表示用户之间的干扰。所述顶点之间的权重由空间角度信息和平均信道能量计算得到；
[0022]卫星或信关站根据接收到的导频信号采用空频两级信道估计方法实施信道估计。所述空频两级信道估计方法中，信道估计值通过先对卫星侧接收信号进行逐子载波空域处理再进行逐用户频域处理得到。所述空域处理对所有子载波都是相同的。所述逐用户频域
处理可以利用Toeplitz系统求解器快速实现；
[0023]在卫星或各用户终端的移动过程中，随着统计信道信息的变化，动态更新信道估计结果；
[0024]所述用户终端用于：周期性地向卫星发送探测信号，或者向卫星反馈用户的地理位置信息、空间角度信息、平均信道能量，用于卫星或信关站实施导频分配和信道估计；利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对上行发送信号进行频率和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，所述方法应用于卫星移动通信系统，其特征在于：卫星配置天线阵列，与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信；将基本导频经过不同相位调制因子调制后的序列作为导频集合；卫星或信关站利用包括空间角度信息和平均信道能量在内的统计信道信息实施导频分配，确定各用户的导频序列，并将其序列号发送给各用户；用户发送导频信号，卫星或信关站根据接收到的导频信号实施信道估计，采用空频两级信道估计方法获得信道参数的估计值。2.根据权利要求1所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，其特征在于：所述的统计信道信息由上行链路探测过程获得或通过各用户终端的反馈信息获得；所述的上行链路探测过程中，各个用户周期性地发送探测信号，卫星根据接收到的探测信号，估计各用户的空间角度信息和平均信道能量；所述的各用户终端的反馈信息是用户的地理位置信息、空间角度信息、平均信道能量。3.根据权利要求1所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，其特征在于：卫星或信关站采用基于图的导频分配算法进行导频分配；所述基于图的导频分配算法将用户集合分为S个组，其中S表示可用导频数，使得同一组内的用户使用相同的导频，不同组的用户使用不同的导频；所述基于图的导频分配算法中，图的顶点集合表示用户集合，图的顶点之间的权重表示用户之间的干扰；所述顶点之间的权重由空间角度信息和平均信道能量计算得到；所述基于图的导频分配算法包括如下步骤：初始化已分配导频的用户集合和未分配导频的用户集合；对每个未分配导频的用户分配使得组内任意两个顶点之间的权重之和最小的导频，更新已分配导频的用户集合和未分配导频的用户集合；4.根据权利要求1所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，其特征在于：所述空频两级信道估计方法中，信道估计值通过先对卫星侧接收信号进行逐子载波空域处理再进行逐用户频域处理得到；所述空域处理对所有子载波都是相同的；所述逐用户频域处理利用Toeplitz系统求解器快速实现。5.大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，所述方法应用于用户终端，其特征在于：用户终端周期性地向卫星发送探测信号，或者向卫星反馈用户的地理位置信息、空间角度信息、平均信道能量，用于卫星或信关站实施导频分配和信道估计；用户终端利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对上行发送信号进行频率和时间补偿；各用户终端利用卫星或信关站分配的导频序列发送导频信号。6.根据权利要求5所述的大规模MIMO OFDM卫星移动通信信道估计方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，李科新，尤力，王闻今，仲文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：