[發明專利]一種跨頻段MIMO空間域統計CSI估計方法

在審

• 申請號: 202111505861.1
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114205195A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 高西奇;湯金科;尤力;石雪遠;賀赫
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B7/0413
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

1.一種跨頻段MIMO空間域統計CSI估計方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1.在跨頻段通信系統中，不同頻率對應的發送天線陣列共址并列排布，位于同一基站，基站同時和小區內的所有用戶進行通信；越高的頻率配置維度更高的陣列，高頻率信道上噪聲干擾相比低頻率更高，導致其空間域協方差矩陣的獲取更復雜；由于不同頻率上統計CSI在角度域上呈現出高度的相似性，因此在已知某一低頻信道協方差矩陣的條件下，利用上述相似性，可在不進行高頻信道測量的前提下，直接外推估計高頻信道的空間域協方差矩陣；

步驟2.分析基站側配置均勻線陣ULA的跨頻段通信系統，基于不同角度上信道復增益之間近似互不相關的特性，將信道空間域協方差矩陣中的元素和角度功率譜之間的關系建模為一維Fourier變換；

步驟3.利用空間域協方差矩陣元素和角度譜之間的Fourier變換關系，將同一跨頻段通信系統中不同頻率上的空間域協方差矩陣元素建模為一個只與陣元序號差、波長以及陣元間距有關的函數，進而將不同頻率之間信道空間域協方差矩陣的估計轉化為函數的外推問題；

步驟4.在不同頻率上天線陣元間距均為半波長的條件下，基于自回歸AR模型，建立不同頻率上信道空間域協方差矩陣元素的線性外推模型，并利用Levinson-Durbin算法求解線性外推系數，當天線陣元間距非半波長時，將線性外推方法與傳統的三次樣條插值方法結合，通過外推、內插相結合的方式完成不同頻率信道對應協方差矩陣的轉換，估計其他頻率上信道的空間域協方差；

步驟5.將ULA中的協方差矩陣轉換方法推廣到基站側配置均勻面陣UPA的場景，由于UPA相比ULA維度的增加，當不同頻率上UPA水平和垂直方向陣元間均為半波長時，信道協方差矩陣元素可以建模為一個與水平、垂直陣元序號差相關的二維函數，協方差矩陣之間的線性外推模型也可以基于二維AR模型建立，線性外推系數使用建立矢量空間的方法求解；

步驟6.在基站側配置ULA和UPA的條件下使用線性外推模型估計高頻信道空間域協方差矩陣中的元素值，基于協方差矩陣的對稱特性，將估計得到的協方差元素值依次排列，得到另一頻率上的協方差矩陣，進而完成信道空間域協方差矩陣從低頻信道到高頻信道的轉換。

2.根據權利要求1所述的跨頻段MIMO空間域統計CSI估計方法，其特征在于：步驟1所述的跨頻段通信系統，在已知某一頻率上信道協方差矩陣的前提下，其余所有頻率對應信道的空間域協方差矩陣都能通過該已知協方差矩陣直接線性外推得到，避免了所有頻率上的訓練和測量。