[发明专利]联合信道表示和波束设计的毫米波MIMO信道估计方法

说明书

本发明涉及一种联合信道表示和波束设计的毫米波MIMO信道估计方法，包括：步骤1，分别通过N_R和N_T点离散傅里叶变换基线性表示接收端天线阵的响应矩阵和发送端天线阵的导引矩阵得到矩阵和逆矩阵；其中N_R和N_T分别表示接收端和发送端天线数；步骤2，联合信道表示和导频波束设计，在能够有发送端的导频预编码矩阵右乘逆矩阵为单位矩阵，且能够有接收端导频合并矩阵的共轭转置矩阵左乘矩阵为单位矩阵的情况下，执行步骤3；步骤3，将接收导频信号左右分别与矩阵和逆矩阵相乘估计出信道矩阵。该方法具有计算复杂度低的优点，并克服了现有毫米波MIMO系统压缩信道感知方法由于角度量化误差导致的估计性能不高问题。

技术领域

本发明涉及毫米波多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)系统的信道估计的领域，具体地，涉及联合信道表示和导频波束设计的低复杂度信道估计方法。

背景技术

随着数字广播和射频识别等无线电业务的增多，社会各行业对无线电频谱资源的需求是日趋上升，有限的低频段频谱资源显得日益稀缺，未被充分利用的毫米波频段(30GHz和300GHz之间)受到了研究者的广泛关注。毫米波频段的波长短，从而大规模天线阵列所占的物理空间极小。基站和用户侧能通过大规模天线阵列所提供的波束增益补偿毫米波频段上相对较高的传播损耗。因此，结合大规模天线阵列和波束成形的毫米波MIMO是未来5G通信系统中一项核心支撑技术。

信道状态信息(Channel State Information,CSI)在现代宽带无线通信中扮演着极其重要的角色，发送端通常利用CSI，自适应地调整传输参数，如调制方式、发射功率、编码方式等。为了获得准确的CSI信息，需要对无线信道的状态信息进行估计。

现有挖据信道稀疏特性的一类信道估计方法是依据信道的射线追踪模型，信道的脉冲响应可由传输路径的发射角、到达角和路径增益等参数确定。一种直观和简单的估计主要路径发射角和到达角方法就是分别调整发射端和接收端的波束方向，按照特定的次序在角度域中进行扫描，并记录各种角度组合的接收信号强度，通过比较各种组合方向上信号强度的大小，估计出发射角和到达角。一种分层扫描训练波束的方案可避免穷举式扫描，其中在每一层中，发射角和接收角的扫描区域均被划分成K个不重叠的子区域。接收端的K个波束方向与发送端的K个波束方向一一配对，存在K²种组合。比较这些组合下接收信号的强度，从而可以估计出可用路径的发射角和接收角位于哪些子区域中。继而在下一层中，被选中的子区域又进一步被划分成K个子区域，并采用同样的方式选取最有可能存在主要路径的子区域。在该方案中，随着层数的增加，扫描区域越来越小。最终，当子区域的精度满足系统要求之后，停止扫描。

与利用训练波束在角度域上进行扫描不同，另一类基于信道空间稀疏特性的毫米波信道估计方法，直接利用压缩感知原理估计网格角度上的信道系数。网格角度可以看作角度域的量化，即用G个角度去量化发射角和接收角区间，从而G个量化发射角和G个量化接收角共有G²个角度组合，其中每一个角度组合都对应了一条路径的方向。以上两类信道估计方法充分挖掘了毫米波信道具有稀疏性的先验信息，能有效地减少导频符号的长度，但算法的计算复杂度仍然很高，例如，分层扫描方案需要多次迭代，压缩信道感知方案需要计算矩阵的Kronecker积及矩阵求逆运算。

发明内容

本发明的目的是提供一种低复杂度毫米波MIMO系统信道估计方法，该方法克服了现有毫米波MIMO系统压缩信道感知方法由于角度量化误差导致的估计性能不高，以及需要矩阵Kronecker积运算和矩阵求逆运算导致算法复杂度过高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供联合信道表示和导频波束设计的低复杂度信道估计方法，该方法包括：