[發明專利]一種針對毫米波多用戶MIMO系統的時變信道估計方法

有效

• 申請號: 201710130312.8
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN107018099B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 秦啟波;歸琳;張弦;宮博
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B7/0452;H04B7/0456
• 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

一種針對毫米波多用戶MIMO系統的時變信道估計方法，基于毫米波信道在角度域的稀疏特性，采用基于壓縮感知的信道估計方法，該方法包括1)對時變毫米波信道進行建模；2)對毫米波信道進行量化表示；3)將時變毫米波信道估計問題建模為壓縮感知形式；4)利用修正的塊正交匹配追蹤(R?BOMP)算法恢復得到估計的路徑數、到達角和離開角；5)由估計得到的路徑數、到達角設計模擬預編碼矩陣和數字預編碼矩陣；6)由估計得到的路徑數、離開角設計模擬合并向量；7)由估計得到的路徑數、到達角、離開角以及設計的模擬預編碼矩陣、數字預編碼矩陣和模擬合并向量求解毫米波信道矩陣。本發明能夠提高毫米波信道估計的準確度和頻譜利用率。

技術領域：

本發明涉及的是在時變毫米波信道中，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，具體是一種針對毫米波多用戶多輸入多輸出(MIMO)系統的時變信道估計方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術：

為了滿足信息高速率傳輸的要求，無線通信系統需要準確的信道狀態信息(CSI)。時變信道下，由于存在大量未知信道系數，基于傳統信道估計方法，例如：最小二乘(LS)方法和最小均方誤差(MMSE)方法，將導致巨大的導頻開銷。大量實驗研究發現，隨著通信系統帶寬和符號周期的增大，發射接收天線數量增加，無線信道呈現稀疏特性，從而可以將稀疏信號處理理論應用于信道估計。目前，稀疏信號處理技術已經取得重大突破，當信號在某個表征域具有稀疏性或者可壓縮性時，可以用低維的測量數據對高維信號進行精確恢復。稀疏信號處理技術為無線信道估計提供了一條新的解決途徑，旨在以更少的導頻開銷精確恢復CSI。

作為有效提升未來5G系統數據率、緩解頻譜資源壓力的有效技術，毫米波MIMO相關技術成為目前無線通信領域熱門的研究課題。在毫米波MIMO系統中，信道估計面臨著許多挑戰，例如毫米波路徑損耗大，導致接收端的信噪比(SNR)很低，大規模天線的引入大大增加了空間維度的未知信道參數，考慮到能耗和成本的限制，毫米波系統往往采用混合預編碼方案，導致傳統信道估計方法無法有效實施。對于時變毫米波信道，信道估計面臨更大的挑戰。

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，提出一種針對毫米波多用戶MIMO系統的時變信道估計方法，利用壓縮感知理論恢復得到到達角和離開角，根據估計得到的到達角和離開角設計預編碼矩陣和合并向量，進而估計信道矩陣，提高接收機信道估計的精度。

本發明的主要想法是：

首先建立時變毫米波模型，利用修正塊正交匹配追蹤算法(R-BOMP)求解路徑數、天線的到達角和離開角；其次，用戶將路徑數、離開角反饋給基站，基站根據估計的路徑數和離開角設計模擬預編碼矩陣和數字預編碼矩陣，用戶根據估計的路徑數和到達角設計模擬合并向量；最后用戶根據LS算法得到信道增益。

根據上述想法，本發明采用下述技術方案：

(1)對時變毫米波信道進行建模。信道模型如下：

其中，N_T和N_R分別表示發射天線和接收天線數目，L_k代表基站和第k個用戶的路徑數，l(1≤l≤L_k)表示路徑序號，表示信道復增益，表示多普勒頻偏，和分別表示到達角和離開角，和分別表示接收天線和發射天線的響應矢量。矩陣H_k(t)可以表示成如下的矩陣形式：

其中diag(·)代表將列向量轉換為對角矩陣，表示等效信道增益。

(2)對毫米波信道進行量化表示。量化信道表示如下：