[發(fā)明專利]一種基于Butler矩陣的大規(guī)模MIMO信道估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910342399.4
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN110212951B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解培中;曾強(qiáng);李汀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/02
• 分類號(hào): H04L25/02
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于Butler矩陣的大規(guī)模MIMO信道估計(jì)方法，其特征是，包括以下步驟：

確定波束變換矩陣；

獲取從用戶到基站的角度信息；

獲取信道增益信息；

通過角度信息和信道增益信息，獲取完整的信道信息；

所述確定波束變換矩陣，包括：

N階Butler矩陣的第n個(gè)輸入端口和第m個(gè)輸出端口的變換函數(shù)為：

Butler矩陣是一種波束變換矩陣，選擇Butler矩陣輸出功率較大的B個(gè)端口；從Butler矩陣T_Butler選擇對(duì)應(yīng)的列數(shù)構(gòu)成矩陣W，該矩陣就是波束變換矩陣；

所述獲取從用戶到基站的角度信息，包括：

天線陣的接收信號(hào)為：

X(t)＝A(θ)S(t)+N(t) (2)

其中X(t)表示為M×1維接收數(shù)據(jù)矢量，M表示基站端天線數(shù)目；A(θ)＝[a₁,a₂,...,a_L]，θ＝[θ₁,…,θ_i,…,θ_L],θ_i表示路徑i的實(shí)際角度信息,i＝1,2,…,L，L表示總的路徑數(shù)，M表示基站端天線數(shù)目，d表示基站端天線的間隔，λ表示信號(hào)的波長，[·]^T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置；S(t)表示空間信號(hào)的L×1維矢量，L表示總的路徑數(shù)；N(t)表示M×1噪聲矢量，M表示基站端天線數(shù)目，它服從于高斯分布；

接收信號(hào)X(t)的協(xié)方差矩陣為

R_x＝E{X(t)X^H(t)}＝A(θ)R_SA(θ)+σ²I (3)

其中R_S＝E{S(t)S^H(t),S(t)表示空間信號(hào)矢量，X(t)表示接收信號(hào)矢量，A(θ)＝[a₁,a₂,...,a_L]，E{·}表示統(tǒng)計(jì)期望算子，[·]^H表示求矩陣或向量的共軛，σ²表示噪聲功率，I表示單位矩陣；

其輸出波束空間信號(hào)為：

Y(t)＝W^HX(t) (4)

其中，W表示波束變換矩陣，X(t)表示接收信號(hào)矢量；它的協(xié)方差矩陣為：

R_y＝E{Y(t)^HY(t)}＝W^HR_xW (5)

其中，Y(t)表示波束空間信號(hào)，R_x表示接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣，R_y表示波束空間信號(hào)的協(xié)方差矩陣；

對(duì)R_y特征分解可有波束空間噪聲子空間U_Bn，則波束空間MUSIC算法公式可以定義為：

其中，θ＝[θ₁,…,θ_i,…,θ_L],θ_i表示路徑i的實(shí)際角度信息,i＝1,2,…,L；對(duì)P_B-MUSIC進(jìn)行譜峰搜索，找出極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度就是信號(hào)的入射方向，從而獲取從用戶到基站的角度信息；

所述獲取信道增益信息，包括：

在已知角度參數(shù)的情況下，基站BS端能夠通過最小二乘法來獲得信道增益信息為：

其中，Y表示接收信號(hào)矩陣，S表示訓(xùn)練序列矩陣，A(θ_kl)＝[a(θ_k1),…,a(θ_kl),…a(θ_kL)]，θ_kl表示用戶k到基站第l條路徑的角度估計(jì)值，α＝[α_k1,…,α_kl，…,α_kL]^T，α_kl表示用戶k到基站的第l條路徑的復(fù)增益估計(jì)值，k＝1,2,…,K,K表示用戶總數(shù)，l＝1,2,…L，[·]^-1表示矩陣或向量求逆；

根據(jù)用戶角度信息θ_kl和信道增益信息α，信道信息就可以表示為：

其中，H表示估計(jì)得到的信道矩陣，A(θ_kl)＝[a(θ_k1),…,a(θ_kl),…a(θ_kL)]，α＝[α_k1,…,α_kl，…,α_kL]^T，α_kl表示用戶k到基站的第l條路徑的復(fù)增益估計(jì)值，θ_kl表示用戶k到基站第l條路徑的角度估計(jì)值，l＝1,2,…L。