[发明专利]一种基于非对称架构的正交时频空系统的信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于非对称架构的正交时频空系统的信道估计方法包括，基于互质阵列设计接收天线阵列元素，弥补非对称架构中阵列孔径损失，以实现更高精度的角度参数估计；基于互质阵列设计针对性的角度估计算法；在完成角度估计的基础上，实现对不同路径的时延、多普勒频移和信道增益估计，以恢复上行信道，重建下行信道；本发明可实现对基于非对称架构的正交时频空系统信道状态信息估计的同时，提升了参数估计的精度，大大降低了算法复杂度，提高了非对称架构系统的性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于非对称架构的正交时频空系统的信道估计方法。

背景技术

在例如自动驾驶汽车、无人机、低地球轨道卫星、高速列车等场景中，由于收发器之间的相对运动，无线通信会受到严重的多普勒频移效应的影响。在高移动性场景中，无线信道通常在时间频率域中是双色散的。具体来说，多径效应会导致时间色散，而频率色散是由多普勒频移引起的。然而，作为5G中的关键技术之一的正交频分复用调制技术，容易受频移的影响，导致正交频分复用技术子载波之间的完美正交性被破坏，可能无法支持在高载波频率下的高移动性场景中的稳定高速通信。因此，有研究人员提出了一种名为正交时频空的二维调制技术，以作为支持6G无线系统要求的潜在解决方案之一。

相较于经典的正交频分复用技术，正交时频空具有优异的抗多普勒频移鲁棒性。正交时频空将每个比特信息符号调制到一组跨越信号传输带宽与时间周期的二维正交基函数上，称正交时频空调制信号所处的域为时延多普勒域。与在时间频率域中相比，双色散信道在时延多普勒域中相对更加稳定，表现出稀疏性，仅仅需少量参数即可表征信道状态信息。

与此同时，考虑到全数字大规模MIMO技术在提高系统频谱效率与系统信道容量方面的巨大优势，通过将正交时频空技术与全数字大规模MIMO技术结合起来，构建正交时频空系统为用户提供在高载波频率下的高移动性场景中的高质量高速率通信。然而，关于全数字正交时频空系统存在着算法复杂度过高、系统硬件成本开销过大等问题，极大的阻碍了将大规模MIMO应用到实际通信的脚步。通过设计全数字非对称收发架构，即仅允许上行链路使用部分天线进行接收，在满足用户通信需求的情况下，极大的降低系统成本与复杂度，为此，也需要解决上下行链路天线阵列孔径不一致所带来的路径参数估计精度差异的问题。但是目前的研究大多基于对称架构的正交时频空系统所设计，并没有考虑到非对称架构的正交时频空系统的特殊性，现有的信道估计方法将不再适用。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种基于非对称架构的正交时频空系统的信道估计方法，用来解决实际问题中，非对称架构中的阵列孔径不一致所带来的路径参数估计精度低、系统成本高和算法复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种基于非对称架构的正交时频空系统的信道估计方法，包括：

基于大规模均匀线性阵列，依据互质阵列的排布选择接收射频链的位置，设计上行链路的线性接收天线阵列 ，构建非对称系统的上行信道模型  ；

基于正交时频空调制方案，获得非对称架构中上行链路的输出信号表达式 ，通过所述输出信号表达式推导获得上行链路正交时频空的输入输出关系，并根据此输入输出关系，从中提取角度信息，重构虚拟的均匀线性接收天线阵列  ，得到到达角的估计值 ；

于获得的到达角估计值参数，利用信号在时延多普勒维度的稀疏性，设计时延多普勒二维搜索网格 ，筛选与角度相对应的最匹配的路径时延 和多普勒频移 ，并采用最小二乘法计算复信道增益 ；