[發明專利]聯合信道表示和波束設計的毫米波MIMO信道估計方法

有效

• 申請號: 201710717063.2
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107508774B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 葉新榮;張愛清;謝小娟;陳衛松
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄒飛艷;張苗

1.一種聯合信道表示和波束設計的毫米波MIMO信道估計方法，其特征在于，該方法包括：

步驟1，分別通過N_R和N_T點離散傅里葉變換基線性表示接收端天線陣的響應矩陣和發送端天線陣的導引矩陣得到矩陣和逆矩陣；其中N_R和N_T分別表示接收端和發送端天線數；

其中，所述分別通過N_R和N_T點離散傅里葉變換基線性表示接收端天線陣的響應矩陣和發送端天線陣的導引矩陣得到矩陣和逆矩陣的方法包括：

參數信道模型中發送端天線陣的導引矩陣和接收端天線陣的響應矩陣表示為：

其中，A_T在ULA天線陣時為A_T＝A_ULA,T＝[a_T(θ_t,1),…,a_T(θ_t,L)]，A_T在UPA天線陣時為和分別表示A_T和A_R在和基的線性表示系數矩陣，θ_t,l和分別表示方位角和仰角，L表示無線傳輸路徑的數目，發送端天線的導引矢量a_T(θ_t,l)和在天線元素間隔為半個波長時可分別表示為

這里假定UPA天線陣安裝在yz平面上，z軸方向有V根天線，y軸方向有U根天線，發送端天線數為N_T；

對應地，A_R在ULA天線陣時為A_R＝A_ULA,R＝[a_R(θ_r,1),...,a_R(θ_r,L)]，A_R在UPA天線陣時為θ_r,l和分別表示方位角和仰角，L表示無線傳輸路徑的數目，接收端第l條路徑的響應矢量a_R(θ_r,l)和在天線元素間隔為半個波長時可分別表示為

這里假定UPA天線陣安裝在yz平面上，z軸方向有Q根天線，y軸方向有P根天線，接收端天線數為N_R＝P×Q；

步驟2，聯合信道表示和導頻波束設計，在能夠有發送端的導頻波束預編碼矩陣右乘逆矩陣為單位矩陣，且能夠有接收端導頻合并矩陣的共軛轉置矩陣左乘矩陣為單位矩陣的情況下，執行步驟3；

其中，在步驟2中，聯合信道表示的離散傅里葉變換基DFT設計導頻波束預編碼矩陣和導頻合并矩陣的方法包括：預設采用模數混合預編碼結構的毫米波MIMO系統；

發送端天線數為N_T，接收端天線數為N_R，可同時發送和接收N_S路數據流；N_T×N_S維模數混合預編碼器F_T由N_T×N_RF維模擬預編碼器F_RF和N_RF×N_S維數字基帶預編碼器F_BB串聯構成，即F_T＝F_RFF_BB，N_S≤N_RF≤min(N_T,N_R)，F_RF由模擬移相器實現；

接收端N_R×N_S維模數混合合并器W_R具有與發送端F_T相似的結構，即W_R＝W_RFW_BB，N_R×N_RF維矩陣W_RF為模擬合并器部分，N_RF×N_S維矩陣W_BB為數字基帶合并器部分；

在窄帶慢衰落場景里，若模數混合合并器采用第j個波束w_j，模數混合預編碼器采用第i個波束f_i，則此時接收信號可表示為

其中，s_i表示導頻信號，且P表示導頻信號功率；N_R×1維噪聲n_i中元素服從均值為0、方差為的復高斯分布，H表示信道矩陣，且所述信道矩陣H可表示為

其中，α_l表示第l條路徑的復數增益；

接收端和發送端采用UPA天線陣時的信道矩陣具有與ULA相同表達形式，僅需用和分別替換a_R(θ_r,l)和a_T(θ_t,l)；

在發送導頻訓練序列階段，假若接收端共采用個波束w_j，發送端共采用個波束f_i，且和均是N_S的整數倍，即和從而，接收的導頻訓練信號可表示為

Y＝W^HHFS+W^HN，

其中，和W_R,i為第i個模數混合合并矩陣F_T,j為第j個模數混合預編碼矩陣S為發送信號矩陣，N為噪聲矩陣；

接收的導頻訓練信號可進一步表示為

其中，從而可運用和是DFT矩陣的這一先驗信息去設計所述導頻合并矩陣W和所述導頻波束預編碼矩陣F使得

即

其中，為N_R點的單位矩陣，為N_T點的單位矩陣；

步驟3，將接收的導頻訓練信號左右分別與矩陣和逆矩陣相乘估計出信道矩陣；

其中，在步驟3中，將接收的導頻訓練信號左右分別與矩陣和逆矩陣相乘估計出信道矩陣的方法包括：

步驟31，輸入接收的導頻訓練信號Y；

步驟32，通過如下公式計算估計出信道矩陣：