[發明專利]一種混合Massive MIMO上行信道估計方法

有效

• 申請號: 202110620060.3
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113364500B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 潘玉劍;王鋒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04L1/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種混合Massive MIMO上行信道估計方法。傳統方法處理該問題時存在較多局限性，如無法單快拍估計等。本發明方法首先設置混合Massive MIMO結構，并對信道建模；用戶端發送導頻信號，基站天線陣列接收數據，得到采樣信號；用戶端不發送導頻信號，基站天線陣列接收噪聲信號；設計基于重構Hankel矩陣的優化問題，求解得到信道的估計值。本發明方法只需單快拍數據即可進行信道估計，并且無需估計信道的路徑數，同時可以避免傳統壓縮感知方法的基不匹配問題和信號頻率間隔限制。本發明方法在基站天線陣元接收數據時，獲取了基站接收機的噪聲參數，使得模型具有去噪能力，提高了信道估計的準確性。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種混合Massive MIMO上行信道估計方法，具體是一種基于重構Hankel矩陣的混合Massive MIMO上行信道估計方法。

背景技術

大規模多輸入多輸出(Massive MIMO,Massive Multi-input Multi-output)是5G移動通信系統的關鍵技術之一，具有高頻譜效率、高能量效率的優勢。由于毫米波頻段可以提供較大帶寬，因而Massive MIMO與毫米波的結合有著誘人的應用前景。但在傳統的Massive M IMO結構中，每根天線需連接一條射頻鏈路。由于天線陣元數通常很大，將導致基站需要部署的射頻鏈數目很大，進而導致系統硬件部署成本和功耗進一步增加(見文獻：A.F.Mol isch et al.,“Hybrid beamforming for massive MIMO:A survey,”IEEECommun.M ag.,vol.55,no.9,pp.134–141,Sep.2017.)。為解決這一問題，研究人員提出了混合Massive MIMO結構。該結構采用混和的基帶數字組合器和模擬組合器(即移相衰減網絡) 代替單純的模擬組合器，可顯著降低射頻鏈的數目，進而降低結構的成本與功耗。

現代無線通信系統中，通過信道估計技術估計信道狀態信息(CSI)已是提高通信質量的必備功能。但在混合Massive MIMO結構中，基站的信道估計器會由于射頻鏈路數小于天線陣元數，而得到一個降維的接收數據(見文獻:A.Alkhateeb,J.Mo,N.Gonzalez-Prelcic, and R.W.Heath,“MIMO precoding and combining solutions formillimeter-wave s ystems,”IEEE Commun.Mag.,vol.52,no.12,pp.122–131,Dec.2014.)。此時，傳統的信道估計方法，如最小二乘法(LS)和最小均方誤差法(MMSE)，在單快拍數據條件下，由于在信道估計過程中需要求解欠定方程組而不適用于混合MassiveMIMO信道估計。近些年，壓縮感知理論被應用到信道估計中。基于對信號的稀疏表示以減少未知數個數，這類方法可用于混合Massive MIMO信道估計。傳統的離散網格壓縮感知方法，如正交匹配追蹤(O MP)，需在離散網格上建立稀疏基。如果真實的目標位置偏離假設的稀疏基位置，會導致基不匹配問題(見文獻：Y.Chi,L.L.Scharf,A.Pezeshki,andA.R.Calderbank,“Sen sitivity to basis mismatch in compressed sensing,”IEEETrans.Signal Process., vol.59,no.5,pp.2182–2195,May 2011.)，降低信道估計性能。此外，傳統離散網格壓縮感知方法應用于信道估計時，需要估計信道模型的階數，即信道路徑數。模型階數的估計性能同樣會影響信道估計性能。為了克服上述離散網格壓縮感知方法的問題，研究人員又提出基于原子范數理論的無網格壓縮感知方法。雖然原子范數理論能解決基不匹配問題，但該方法又對信號間的頻率間隔提出新的要求(見文獻：G.Tang,B.N.Bhaskar,P.Shah, and B.Recht,“Compressed sensing off the grid,”IEEETrans.Inf.Theory,vol. 59,no.11,pp.7465–7490,2013.)。當信號的多個頻率之間的間隔小于某門限，信道估計性能會下降。

發明內容