[发明专利]一种低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法

权利要求书

1.一种低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)配置大规模天线阵列的基站通过波束赋形生成大规模波束集合覆盖整个小区，并且以时分双工的方式与多个单天线用户进行通信；所有用户终端同步地向基站发送导频信号；

(2)基站获取所有用户发送的导频信号，并且根据设计好的非正交导频矩阵构建波束域压缩信道估计问题，依据波束域信道的结构化稀疏性和能量集中特性，使用优先级矢量加权感知矩阵的方式对归一化角度时延域信道响应矩阵进行估计；包括：利用MOMP算法和初始优先级矢量计算得到用于更新优先级矩阵的支撑集，并对优先级矩阵进行更新；所述MOMP算法通过引入优先级矢量简化OMP算法的原子选择步骤，求解得到的原子索引集合作为所述支撑集，并采用最小二乘估计法求解信道矢量；再利用更新后的优先级矩阵按列执行MOMP算法，得到归一化角度时延域信道响应矩阵每一列的信道矢量，组合后得到估计的归一化角度时延域信道响应矩阵；

所述非正交导频矩阵为根据用户所发送的导频设计的满足约束等距性的感知矩阵；所述归一化角度时延域信道响应矩阵是利用过完备离散傅里叶矩阵，对空间频率域信道响应矩阵进行分解得到的具有结构化稀疏性的归一化角度时延域信道响应矩阵；

所述波束域压缩信道估计问题表示为：

其中，*为求矩阵的共轭，上标T表示矩阵的转置，是感知矩阵，即预先设计好的导频矩阵，A_k表示第k个用户的导频矩阵，是第k个用户所发送的导频信号x_k形成的矩阵，diag{·}表示将向量转化为对角矩阵，是时延域采样矩阵，N_P×C_tT表示矩阵的维度，C_t是时延域的过完备因子，此处T是导频信号的最大时延长度，N_P是导频子载波的数目，H和分别表示基站和所有用户之间、基站和第k个用户之间的归一化角度时延域信道响应矩阵；是过完备离散傅里叶矩阵，C_b表示到达角的过完备因子，M是基站天线的数目，是基站在空间频率域获取的导频信号，是高斯白噪声矩阵，K是小区中单天线用户总数；

(3)依据估计得到的归一化角度时延域信道响应矩阵和所述过完备离散傅里叶矩阵，计算得到空间频率域信道响应矩阵，完成信道估计。

2.根据权利要求1所述的低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：所述步骤(1)中基站配置大规模均匀线性阵列，与小区内所有目标用户进行通信；目标用户同步地向基站发送经过OFDM调制和添加循环前缀后的导频信号。

3.根据权利要求1所述的低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：所述过完备离散傅里叶矩阵的第m行、第n列元素为：

其中，exp{·}表示指数函数，j表示虚数。

4.根据权利要求1所述的低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：所述非正交导频矩阵的设计方法为：首先定义一个基础导频序列，其所有元素都是满足恒定幅度和零均值的独立同分布随机变量；然后通过循环移位的方式获取不同用户的导频序列，组合成基本的导频矩阵；最后根据导频时延长度对该矩阵进行扩展。

5.根据权利要求1所述的低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：优先级矩阵B的更新方式为：

其中，符号⊙表示矩阵Hadamard乘积，表示矩阵B的一个子矩阵，其行索引来源于集合列索引来源于集合Γ_m为MOMP算法求解得到的支撑集，m为波束索引号，λ为能量高于设定阈值的波束数目，q为权重矢量，下标m-λ/2+1:m+λ/2表示集合{m-λ/2+1 m-λ/2+2... m+λ/2}。

6.根据权利要求1所述的低复杂度的大规模MIMO上行链路传输信道估计方法，其特征在于：所述MOMP算法中按照如下目标筛选原子索引并更新原子索引集合：

其中，i表示迭代次数，j表示所选择的原子索引，g_j表示加权感知矩阵Φ中第j列和上一轮迭代所得到的残差的内积，A_j表示感知矩阵的第j列，|·|表示求矢量的模值，||·||₂表示计算矢量的l₂范数。