[發明專利]一種基于Butler矩陣的大規模MIMO信道估計方法

有效

• 申請號: 201910342399.4
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110212951B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 解培中;曾強;李汀
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了信號處理技術領域的一種基于Butler矩陣的大規模MIMO信道估計方法，旨在解決現有技術中信道估計的性能達不到要求，信道信息估計的準確度不高的技術問題，一種基于Butler矩陣的大規模MIMO信道估計方法，包括以下步驟：確定波束變換矩陣；獲取用戶的角度信息；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。本發明提出了一種基于Butler矩陣的大規模MIMO信道估計方法，相比傳統基于導頻的最小二乘（LS）信道估計方法，本發明所述方法具有更好的信道估計性能，獲取信道信息的準確度更高，也更加適用于大規模MIMO背景下的信道估計。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種基于Butler矩陣的大規模 MIMO信道估計方法。

背景技術

目前大規模多輸入多輸出(MIMO)已被認為是下一代無線通信的關鍵技術， 也是5G無線通信中重要的研究內容之一。雖然在理論上大規模MIMO技術通 過在基站端增加天線的數量能夠極大的增加系統的頻譜效率、能量效率和系統 容量，但是也由于在基站端天線數的增多、天線間隔的減小導致天線間的干擾 更嚴重。同時，無線信道由于通信環境的復雜多變而或多或少的在時間域、頻 率域和空間域上呈現信道選擇性衰落，而這些未知的信道衰落也會嚴重地影響 整個通信系統的通信質量。因此，為了在接收端能夠準確地得到發送端發送的 原始數據信號，則必須先獲取有效的準確的信道狀態信息(Channel StateInformation，CSI)，這就需要進行準確的信道參數估計，然而為了能充分利用大 規模MIMO的優勢，基站端能否獲取準確的信道狀態信息(CSI)就變得至關 重要。

信道估計技術從是否需要借助先驗信息來輔助信道參數的估計大體上可將 其分為盲估計和非盲估計兩大類。這里研究的是需要借助先驗信息來輔助信道 參數的信道估計方法，例如基于導頻的最小二乘(LS)信道估計方法，但在大 規模MIMO系統背景下，傳統算法的性能達不到要求，信道信息估計的準確度 不高，因此研究如何提高信道估計的性能成為一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于Butler矩陣的大規模MIMO信道估計方法， 以解決現有技術中信道估計的性能達不到要求，信道信息估計的準確度不高的 技術問題。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于Butler矩陣的大 規模MIMO信道估計方法，包括以下步驟：確定波束變換矩陣；獲取用戶的角 度信息；獲取的信道增益信息；通過角度信息和信道增益信息，獲取完整的信 道信息。

確定波束變換矩陣的方法如下：選擇Butler矩陣輸出功率較大的B個端口； 從Butler矩陣T_Butler中選擇對應的列數構成矩陣W，該矩陣就是波束變換矩陣。

獲取用戶角度信息的方法如下：采用MUSIC算法求出空間譜；通過搜索譜 峰求出用戶角度信息。

獲取信道增益信息的方法包括：由用戶的角度信息，確定陣列流行矢量； 在已知陣列流行矢量的條件下，利用最小二乘法來求取信道增益信息。

所述信道增益信息α可以求取為：

其中，Y表示接收信號矩陣，S表示訓練序列矩陣，α表示估計出來的信道 增益矢量，A＝[a(θ_k1),…,a(θ_kl),…a(θ_kL)]，a(θ_kl)表示陣列流行矢量，θ_kl表示用戶k 到基站第l條路徑的角度估計值，k＝1,2,…,K,K表示用戶總數，l＝1,2,…L，L表 示總的路徑數，[·]^H表示求矩陣或向量的共軛，[·]^-1表示矩陣或向量求逆。

所述信道信息表示為：