[发明专利]一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法。在基于毫米波/太赫兹的宽带蜂窝物联网中，一个配备大规模天线阵列的基站同时服务大量的单天线设备。为了充分利用毫米波/太赫兹的宽带特性，正交频分复用技术被采用。在任一给定时隙，仅有少部分终端激活，而其他终端处于休眠状态。本发明采用免授权的随机接入协议，即激活终端同时通过多个子载波向基站发送一段基站已知的导频序列。基站利用一种多重秩已知的稀疏恢复方法，检测出终端状态并估计出相应的信道信息。然后基站利用所估计出的信道信息和激活设备进行数据交互。本发明为具有大规模终端接入的毫米波/太赫兹宽带蜂窝物联网提供了终端检测和信道估计方法。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法。

背景技术

随着物联网以及人工智能的兴起与发展，未来的无线网络需要支持大规模的无线终端的同时接入。机器类型的通信(MTC)被广泛认为是6G等未来宽带无线通信系统的关键技术之一。MTC中一个关键性的特点是网络中的终端的激活模式通常是零星的。因为在每个时隙内，仅有少部分的终端处于激活状态，从而与基站通信。其他设备为了节省能量而暂时处于休眠状态，它们只有在受到外部事件触发时才会被激活。激活的终端在每个时隙的开始阶段同时向基站发射导频序列，基站通过激活检测和信道估计算法，得知哪些终端处于激活状态并获得其相应的信道状态信息。然后在每个时隙的剩余长度内，基站和激活的终端之间再进行上行和下行数据交互。

由于毫米波/太赫兹频段具有大量的尚未被有效利用的频谱资源，该频段被认为是提升下一代无线通信系统容量的核心频段，所以毫米波通信技术是未来 mMTC通信系统的关键研究方向之一。在毫米波/太赫兹频段大规模接入系统中，终端激活检测和信道估计的将面临更多挑战。主要由以下三方面原因造成，第一，由于用户终端的增加，需要的导频序列长度也会随着用户数量的增加而增加。第二，在宽带大规模接入技术中，信道衰减严重，基站会配备大规模的天线阵列以提高信道增益，这同时也会增加终端激活检测和信道估计的计算复杂度，为降低通信成本带来了困难。第三，毫米波频段信道的相干时间相比于低频段更短，因此在多用户多天线毫米波系统的上行信道估计问题中，降低多用户导频开销更为重要。

相比于低频段多天线系统的信道，毫米波/太赫兹频段具有空域的稀疏性和低秩特性。并且毫米波/太赫兹信道的路径损耗大，散射点少，测量结果表明，在密集城市非直射路径条件下，毫米波信道中通常仅呈现出三到四个散射簇，每个散射簇内具有少量的延迟/角度扩展。如何结合这些特性设计出高效的宽带大规模终端检测算法尤为关键

发明内容

本发明的目的是为了解决当基站配备大规模天线阵列时，在现有毫米波/太赫兹大规模接入系统中，终端激活检测和信道估计方案的计算复杂度高和所需导频序列较长的问题，提出了一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法，其包括如下步骤：

1)在任一给定的时隙，所有激活的终端随机地从B个子载波中选取B_p个子载波，然后通过这些选中的子载波将导频序列发送给基站；

2)基站从M根天线中随机选取M_p根天线进行数据的接收；

3)基站基于一种截断式的谱初始化方法，设置算法的初始值，以提高检测和估计精度并降低计算复杂度；

4)基站利用一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端激活检测和信道估计方法，检测出处于激活状态的激活终端，并估计出相应的激活终端的信道状态信息；

5)基站利用信道估计值与激活终端进行上行和下行的数据交互。

作为优选，步骤3)中所述的截断式的谱初始化方法为：