[發明專利]一種基于共享信道和壓縮感知的大規模MIMO信道估計方法

有效

• 申請號: 201610034596.6
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105681232B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 范禹濤;楊海芬;劉冬;鄭植;林水生;閻波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

本發明公開了一種基于共享信道和壓縮感知的MIMO信道估計方法，屬于無線通信技術領域。本發明包括：步驟1：根據接收信號Z、導頻Θ和信道矩陣在角度域的分解U_r和U_t計算測量矩陣Φ，感知測量值Y，其中Y＝Z^ΗU_r。步驟2：基于共享信道參數S_c、測量矩陣Φ和測量值Y，利用壓縮感知方法計算步驟3：根據步驟2得到的利用關系式求解出信道矩陣估計值本發明的信道估計不需要稀疏度，且比傳統子空間追蹤算法具有更小的誤差。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及一種在大規模MIMO系統中利用共享信道信息和壓縮感知的信道估計方法。

背景技術

MIMO技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量。

當MIMO兩端天線數提高到無限大時，目標終端所接收到的信號將不包含熱噪聲和大范圍衰落(這些都會被目標基站的多天線傳過來的信號平均掉)，此時基站的容量取決于它服務的用戶數量，而不是基站所覆蓋的范圍，唯一影響該系統性能將是由于導頻復用帶來的鄰區干擾，即導頻污染。

壓縮感知，又稱壓縮采樣，壓縮傳感。作為一個新的采樣理論，它通過開發信號的稀疏特性，在遠小于Nyquist采樣率的條件下，用隨機采樣獲取信號的離散樣本，然后通過非線性重建算法完美的重建信號。壓縮感知重構算法主要包括凸優化法和貪婪匹配追蹤算法。

信道估計，就是從接收數據中將信道參數估計出來的過程。在實際環境中，由于有限的局部散射環境，用戶能夠接收到基站發射信號的角度個數是有限的，因而可以利用大規模MIMO信道在角度域的稀疏性，采用壓縮感知理論進行信道估計。在慢速時變的環境中，由于時間相關性，當前時刻與前一時刻有著部分相同的空間信道，傳統的壓縮感知方法，如文獻“Subspace pursuit for compressive sensing signal reconstruction”(W.Daiand O.Milenkovic,IEEE Trans.Inf.Theory,vol.55,no.5,pp.2230–2249,2009.)中提出的子空間追蹤算法并沒有利用這些信息。文獻“Compressive Sensing with PriorSupport Quality Information and Application to Massive MIMO ChannelEstimation with Temporal Correlation”(Rao Xiongbin，Lau Vincent K.N.Source:IEEE Transactions on Signal Processing,v 63,n 18,p 4914-4924,September 15,2015)中利用共享信道這一先驗信息和子空間追蹤算法得到了比傳統子空間追蹤算法更準確的信道估計結果，但是該改進算法需要提前給定稀疏度，在實際環境中難以獲取。

發明內容

本發明充分利用在慢速時變環境下，當前時刻與前一時刻有著部分相同空間信道即共享信道這一信息，采用壓縮感知的方法，縮小索引集的搜索范圍，獲取更準確的信道估計結果。解決了稀疏度未知情況下利用已知共享信道信息進行自適應搜索的問題，在稀疏度獲取困難且不斷變化的情況下更具實用價值。

在基站端與移動端均為均勻線陣的大規模MIMO系統中，信道矩陣在角度域可以表示為：其中H_a∈C^N×M，U_r∈C^N×N，U_t∈C^M×M，U_r、U_t均為酉矩陣，其中M對應基站端的天線數、N對應移動端的天線數。本說明書中用C^m×n表示m×n矩陣的通式，上標“H”表示共軛轉置。