[發明專利]一種MIMO系統下多維聯合估計動態稀疏信道的方法

有效

• 申請號: 201710105533.X
• 申請日: 2017-02-26
• 公開（公告）號: CN106972875B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 張弦;歸琳;宮博;秦啟波
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種MIMO系統下多維聯合估計動態稀疏信道的方法，包括步驟1)利用復指數基擴展模型對時間頻率雙選信道進行建模；2)不同天線、不同階數的BEM系數間具有聯合稀疏性，利用塊稀疏性對基擴展模型系數重新排布成塊結構；3)對于多天線場景，采用層次化的導頻設計，N個子載波中導頻位置等間隔分布，推導信道估計模型；4)根據動態稀疏信道的時間相關性，確定不同OFDM符號對應的時刻的信道稀疏度K^(j),j＝1,2,…,J；5)由每一時刻對應的確定的稀疏度，重建得到稀疏系數6)由稀疏系數恢復出信道抽頭系數本發明能夠有效估計稀疏信道的動態性，得到動態稀疏信道的信道特征，提高信道估計的準確度和頻譜利用率。

技術領域：

本發明涉及在時間頻率雙重選擇性衰落環境中，基站與移動終端進行上下行鏈路通信時，接收機進行信道估計的方法，具體是一種MIMO系統下多維聯合估計動態稀疏信道的方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術：

無線通信系統中，為了有效恢復出原始發送信號，接收機需要估計出信道狀態信息，進而對接收到的信號進行均衡處理。因此，信道估計的準確性對無線通信系統的性能至關重要。

基于信道的稀疏性，越來越多的研究將壓縮感知(CS)理論用于稀疏信道估計，CS理論突破了奈奎斯特采樣定理的限制，用很少的測量值就能恢復原始信號。和CS相比，分布式壓縮感知(DCS)用于恢復一組聯合稀疏的信號，能更準確的找到稀疏信號的非零位置，所以能提高恢復精度，例如正交匹配追蹤(OMP)和聯合正交匹配追蹤(SOMP)，可以用較少的取樣更準確地恢復原始的發射信號。

但是對于MIMO系統下的動態稀疏信道來說，一方面，發射端和接收端建有多根天線，需要估計的信道系數大大增多，意味著需要更多的導頻子載波，導頻開銷增大，降低了頻譜利用率；另一方面，動態信道的時延特性會隨著時間發生動態變化，增益非零的信道抽頭在某一時刻可能產生或消失，導致信道的稀疏度隨之發生變化。之前提出的基于CS、DCS的信道估計方案忽視了這一動態變化，將信道稀疏度作為一個固定值，將會嚴重影響信道估計的準確度。

發明內容：

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提出一種MIMO系統下多維聯合估計動態稀疏信道的方法，利用多天線、多OFDM符號下信道的聯合稀疏特性，將基擴展模型系數重新排布成塊結構，根據信道的時間相關性，估計出不同時刻的信道稀疏度，利用分布式壓縮感知理論，采用SOMP方案，提高接收機信道估計的精度。

本發明的主要原理是：

寬帶無線通信系統中，增益非零的信道抽頭隨著時間會發生動態變化。利用復指數基擴展模型(CE-BEM)對時間頻率雙選信道進行建模，從而將信道系數 的估計問題轉換為對CE-BEM系數的估計問題。在多天線場景下，為了減少所需導頻數，降低導頻開銷，采用層次化的導頻設計，每根天線對應的導頻位置等間隔排布。在不同的時刻發送不同的符號，利用不同天線、不同階數間的BEM系數的聯合稀疏性，將原始的雙選信道估計問題轉化為結構化分布式壓縮感知模型。針對提出的模型，利用信道的時間相關性，采用動態塊同步正交匹配追蹤算法(DBSOMP)求解系數，聯合估計非零信道抽頭的這一動態變化，得到當前時刻的稀疏度，然后利用BSOMP算法求解CE-BEM系數，估計動態稀疏信道的信道特征。

本發明的技術解決方案如下：

(1)利用復指數基擴展模型(CE-BEM)對時間頻率雙選信道進行建模。模型如下：

其中，j代表OFDM符號的序號，n_t代表發射天線的序號，Q代表CE-BEM階數，L代表路徑數，表示第j個OFDM符號對應的時刻、第n_t根發射天線對應信道的第l徑信道抽頭系數，b_q(0≤q≤Q-1)代表CE-BEM基函數，代表CE-BEM系數，代表CE-BEM建模誤差。

CE-BEM基函數表示為：