[發明專利]一種基于自適應感知矩陣的壓縮感知信道估計算法及實現裝置

在審

• 申請號: 202010590481.1
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN112202481A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 王亞峰;肖宇
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/0456
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種毫米波大規模MIMO系統中基于自適應感知矩陣的壓縮感知信道估計算法及裝置，用于實現大規模MIMO系統中，針對混合波束賦形架構的欠維度特性導致的信道估計問題。該算法根據毫米波信道的稀疏性采用壓縮感知算法進行信道估計；同時根據接收導頻信號自適應的構建感知矩陣，有效地提高了在低信噪比下的信道重構概率，減小了重構信道的歸一化最小均方誤差。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及毫米波大規模MIMO 系統中混合波束賦形的欠維度信道估計算法。

背景技術

由于擁有豐富的頻譜資源，毫米波通信技術在5G移動網絡中得 到了廣泛的研究。盡管將數據轉移到毫米波頻段可以提高信道容量， 但這種做法并非沒有犧牲。對于毫米波所在的頻段，空氣是一種高度 吸收的介質，因此其產生的路徑損耗非常嚴重，從而限制了基站的覆 蓋范圍。為了克服毫米波通信的缺點并充分利用多天線帶來的增益， 數字波束賦形技術被廣泛研究。但是，隨著大規模MIMO的廣泛應 用，天線數量增加所帶來的硬件成本劇增已成為主要瓶頸。因此，業 界采用模擬波束賦形技術來降低硬件成本，從而演變為混合波束賦形 技術。

混合波束賦形技術的引入給傳統信道估計帶來的最大的問題就是 信道信息缺失。也就是說，由于混合波束賦形架構中射頻鏈路數遠小 于大規模的天線數，接收信號的維度已經從天線數，降低到射頻鏈路 數。這種情況，可以稱之為信號欠維度。為了解決混合波束賦形架構 的欠維度信道估計問題，我們提出了基于自適應感知矩陣的壓縮感知 信道估計算法。

發明內容

本發明提出了一種毫米波大規模MIMO系統中基于自適應感知 矩陣的壓縮感知信道估計算法，該算法在實現過程中，根據接收導頻 信號來自適應構造感知矩陣，從而有效地提高了在低信噪比下的信道 重構概率，減小了重構信道的歸一化最小均方誤差。

本發明的具體實現過程如下：

步驟1：系統模型

考慮單用戶上行場景，用戶發送到基站的導頻信號可以表示為 其中X_L是每根天線發送的信號的長度，則上行基站接收 信號可表示為

其中U_HBF和W_HBF分別是模擬預編碼矩陣和接收矩陣。它們都可 以通過對信道做SVD分解或其他方法得到。Z是均值為零方差為1 的加性高斯白噪聲。由于接收信號經過了模擬波束賦形矩陣的處理， 接收信號包含的信道狀態信息會受到一定程度的降維損失(從N_R降到N_RF)。H為毫米波稀疏信道，可以表示為(2)：

其中，L是多徑信道的多徑數，是信道的復增益， 和分別是到達角導向矢量和離開角導向矢量。和分 別是這兩個矢量的方位角，通常在(0,2π]內服從均勻分布。假設天線 是均勻分布的線陣(uniform linear arrays，ULA)，則導向矢量通常如 下表示

其中，d＝λ/2為天線間距，λ是載波波長。信道H可以通過稀疏 信道表示法進一步凸顯稀疏性，轉換過程如下所示

其中，V_R和V_T是酉離散傅里葉變換(DFT)矩陣，其大小分別 是N_R×N_R和N_T×N_T。而H_V是虛擬信道元素矩陣，大小為N_R×N_T。

步驟2：接收信號自適應處理

式(1)的有效接收信號為等式右端第一項，即 利用克羅內克積(Kronecker product)的性質，向量化有效接收信號可得