[发明专利]毫米波通信中的信道估计方法

说明书

本发明是一种毫米波通信中的信道估计方法，基于虚拟多径捕获和稀疏重建实现。本方法在虚拟多径捕获时，不搜索真实多径分量，而是推导真实多径分量的虚拟多径分量，并通过分层搜索在常规分辨率的码本上获得虚拟多径分量；在稀疏重建时，使用获得的虚拟多径分量重建真实多径分量。本发明还利用增强子阵列技术设计得到的用于分层搜索的分层码本，该码本能同时适用于模拟波束成形/合并和混合模拟/数字预编码/合并这两种结构。利用本发明方法，能大大降低信道估计的训练开销，降低搜索的时间复杂度，采用虚拟多径分量进行稀疏重建，具有更小的字典矩阵，大大降低了计算复杂度。

技术领域

本发明属于毫米波通信技术领域，具体涉及一种应用于毫米波通信的基于虚拟多径捕获和稀疏重建的信道估计方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线通信在我们的生活着发挥着越来越重要的作用。但同时，无线通信的带宽需求也在不断增加，导致低频段的频谱资源日益紧张。而毫米(Millimeter wave，mmWave)波频段具有丰富的频谱资源，作为一种解决上述低频段的频谱资源日益紧张问题的方法，已引起了业界广泛的重视。

然而毫米波通信也面临着严峻的技术挑战。根据经典弗里斯公式，毫米波频段的信号与低频段的信号相比，有极高的传输损耗，因此毫米波通信通常首选模拟波束成形/合并结构。在这种结构中，天线共享一个单射频(Radio-frequency，RF)链，其权重向量受恒模约束(Constant-modulus，CM)。同时，人们提出了混合模拟/数字预编码/合并结构来实现多流/多用户的传输，在此结构中，少量射频链连接到大量天线阵列。受限于波束成形/合并结构，经典多输入多输出(Multiple-input Multiple-output，MIMO)通信信道估计方法在毫米波通信中，具有较高的导频开销和计算成本，因此效率相当低。而针对毫米波通信，信道估计的方法主要分为两类：分层搜索(Hierarchical search)和压缩感知(Compressedsensing，CS)。

分层搜索方法通过定义分层码本，实现了一种分而治之的搜索方式。分层搜索首先在粗码本上搜索得到最优的扇形，再对扇形细化，在细码本上搜索得到最优的波束。分层搜索的方法仅需遍历部分码本，从而大大减少了搜索次数，是一种高效的搜索方法。但由于码本受限的分辨率，分层搜索的方法通常只能得到一个多径分量(Multipath component，MPC)。

压缩感知方法是基于毫米波信道的稀疏特性设计得到的一种搜索方法，不同于分层搜索，压缩感知方法是开环的，因此导频开销在多用户的情况下也不会增加。然而，压缩感知方法的性能高度依赖于测量的次数，为实现满意的估计性能，训练开销巨大。为此，A.Alkhateeb等人设计了自适应压缩感知(Adaptive CS，ACS)方法，这一方法通过设计分层码本减少了所需的测量次数，但需要较多的射频链，并且不适用于射频链较少或模拟波束成形/合并结构的装置。

发明内容

为了实现在毫米波通信中对信道准确而高效的估计，并适用于模拟波束成形/合并和混合模拟/数字预编码/合并这两种结构，本发明提出一种基于虚拟多径捕获和稀疏重建(Virtual multipath acquisition and sparse reconstruction，VMA-SR)的毫米波通信中的信道估计方法。

本发明提供的信道估计方法，包括两个阶段：虚拟多径捕获(VMA)和稀疏重建(SR)。

所述的虚拟多径捕获，不搜索真实MPC，而是推导真实MPC的虚拟表示形式，即虚拟MPC，并通过分层搜索在常规分辨率的码本上获得虚拟MPC。

在虚拟多径捕获阶段，通过分层搜索获得虚拟MPC，L个真实MPC由4L个虚拟MPC表示，且一个真实MPC对应的4个虚拟MPC的接收端/发送端指向向量分别是AoA/AoD邻域中两个相邻的基向量。AoA表示入射角，AoD表示出射角。

所述的稀疏重建，使用获得的虚拟MPC重建真实MPC。