[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

本發明涉及一種聯合信道表示和波束設計的毫米波MIMO信道估計方法，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；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；步驟3，將接收導頻信號左右分別與矩陣和逆矩陣相乘估計出信道矩陣。該方法具有計算復雜度低的優點，并克服了現有毫米波MIMO系統壓縮信道感知方法由于角度量化誤差導致的估計性能不高問題。

技術領域

本發明涉及毫米波多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)系統的信道估計的領域，具體地，涉及聯合信道表示和導頻波束設計的低復雜度信道估計方法。

背景技術

隨著數字廣播和射頻識別等無線電業務的增多，社會各行業對無線電頻譜資源的需求是日趨上升，有限的低頻段頻譜資源顯得日益稀缺，未被充分利用的毫米波頻段(30GHz和300GHz之間)受到了研究者的廣泛關注。毫米波頻段的波長短，從而大規模天線陣列所占的物理空間極小。基站和用戶側能通過大規模天線陣列所提供的波束增益補償毫米波頻段上相對較高的傳播損耗。因此，結合大規模天線陣列和波束成形的毫米波MIMO是未來5G通信系統中一項核心支撐技術。

信道狀態信息(Channel State Information,CSI)在現代寬帶無線通信中扮演著極其重要的角色，發送端通常利用CSI，自適應地調整傳輸參數，如調制方式、發射功率、編碼方式等。為了獲得準確的CSI信息，需要對無線信道的狀態信息進行估計。

現有挖據信道稀疏特性的一類信道估計方法是依據信道的射線追蹤模型，信道的脈沖響應可由傳輸路徑的發射角、到達角和路徑增益等參數確定。一種直觀和簡單的估計主要路徑發射角和到達角方法就是分別調整發射端和接收端的波束方向，按照特定的次序在角度域中進行掃描，并記錄各種角度組合的接收信號強度，通過比較各種組合方向上信號強度的大小，估計出發射角和到達角。一種分層掃描訓練波束的方案可避免窮舉式掃描，其中在每一層中，發射角和接收角的掃描區域均被劃分成K個不重疊的子區域。接收端的K個波束方向與發送端的K個波束方向一一配對，存在K²種組合。比較這些組合下接收信號的強度，從而可以估計出可用路徑的發射角和接收角位于哪些子區域中。繼而在下一層中，被選中的子區域又進一步被劃分成K個子區域，并采用同樣的方式選取最有可能存在主要路徑的子區域。在該方案中，隨著層數的增加，掃描區域越來越小。最終，當子區域的精度滿足系統要求之后，停止掃描。

與利用訓練波束在角度域上進行掃描不同，另一類基于信道空間稀疏特性的毫米波信道估計方法，直接利用壓縮感知原理估計網格角度上的信道系數。網格角度可以看作角度域的量化，即用G個角度去量化發射角和接收角區間，從而G個量化發射角和G個量化接收角共有G²個角度組合，其中每一個角度組合都對應了一條路徑的方向。以上兩類信道估計方法充分挖掘了毫米波信道具有稀疏性的先驗信息，能有效地減少導頻符號的長度，但算法的計算復雜度仍然很高，例如，分層掃描方案需要多次迭代，壓縮信道感知方案需要計算矩陣的Kronecker積及矩陣求逆運算。

發明內容

本發明的目的是提供一種低復雜度毫米波MIMO系統信道估計方法，該方法克服了現有毫米波MIMO系統壓縮信道感知方法由于角度量化誤差導致的估計性能不高，以及需要矩陣Kronecker積運算和矩陣求逆運算導致算法復雜度過高的問題。

為了實現上述目的，本發明提供聯合信道表示和導頻波束設計的低復雜度信道估計方法，該方法包括：