基于压缩感测的高效稀疏信道估计制造技术

本发明专利技术涉及一种信道估计的方法，包括：‑在具有多个接收天线的接收器处从具有多个发射天线的发射器接收测量结果；特征在于：方法包括：‑基于接收测量结果第一确定至少一组离开角，各离开角关联到用于发射器与接收器之间的无线电传输的信道的至少一个路径；‑基于所确定的一组离开角第二确定多组至少一个参数，各组至少一个参数关联到用于发射器与接收器之间的无线电传输的信道的路径。

Efficient sparse channel estimation based on compressed sensing

The present invention relates to a method of channel estimation, which includes: (1) receiving measurement results from a transmitter with multiple transmitting antennas at a receiver with multiple receiving antennas; characterized by: (1) determining at least one set of departure angles based on the first measurement result of reception, each of which is associated with at least one channel for radio transmission between the transmitter and the receiver. Path;

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于压缩感测的高效稀疏信道估计
本专利技术涉及基于压缩感测的信道估计，具体地涉及预期信道矩阵是稀疏的情况。
技术介绍
使用从30吉赫兹(GHz)到300GHz的载波频率的毫米波(mmWave)无线通信被预期为是例如用于将来5G蜂窝系统的关键特征。使用这种高频的主要益处是用于更高数据速率的更大频谱的可用性。
技术实现思路
技术问题毫米波传播特别以自由空间中的高路径损耗、穿过建筑物材料的高穿透损耗、弱衍射以及堵塞的脆弱性为特征。因此，必须在发射侧和接收侧这两者处使用方向性非常自适应的天线阵列来补偿传播损害并支持几百米距离的蜂窝覆盖范围。方向性阵列通常使用非常大量的比如数十至几百个天线元件来构建。除了高方向性增益之外，大天线阵列的使用还增强空间复用，因为可以实现较窄的波束。方向性增益和空间复用可以分别由在发射侧和接收侧处的波束形成预编码器和组合器的精心设计来实现。该设计依赖在系统上可用的信道状态信息(CSI)的量，该CSI可以由如下面详细说明的信道估计方法来获得。比如，在具有多输入/多输出(MIMO)的窄带平坦衰落信道中，系统通常可以被建模为：y＝Hx+n其中，x和y分别是发射向量和接收向量，n是噪声向量，并且H是信道矩阵，该矩阵的尺寸等于发射天线的数量与接收天线的数量之间的乘积。通常，矩阵H具有信道转换的特征，并且H的各分量Hij表示从第j个发射天线到第i个接收天线的信道增益。凭借信道估计方法，通常尝试在特定基础上(比如，在角域中)估计矩阵H或H的表达。通常，信道估计可以通过发射接收器已知的、还被称为导频信号的训练信号来进行。然后，在接收器处，通过使用组合器在接收天线处处理信号来获得用于信道估计的测量结果。所发射导频信号的数量在传统上等于发射天线的数量。在发射天线的数量非常大时，如在以上提及的应用中，训练开销可能变得过高，因为将需要大比例的可用资源。信道通常被建模为传播路径的贡献。在窄带通信中，路径由四个参数来描述：离开角(AOD)方位角和仰角、到达角(AOA)方位角和仰角、振幅以及相位。在毫米波传播中，许多路径被大量衰减，并且预期具有显著增益的路径的数量与信道矩阵的尺寸相比小。因此且由于天线阵列的高方向性，预期信道矩阵当在角域中表达时是稀疏的。如果矩阵或向量与其尺寸相比仅具有一些非零项，则它可以被称为“稀疏”。用于彻底减少所发射导频信号的所需数量的多个解决方案利用信道稀疏性。这些解决方案比如使用压缩感测(CS)算法来实施。一些工作已经提出用于基于CS算法的稀疏信道估计的解决方案，并且其适合于多用户通信。一般地，这些解决方案实施贪婪追踪算法，诸如正交匹配追踪(OMP)。这些算法以迭代方式来处理。在每次迭代，识别对信道有贡献的新路径，并且估计其振幅和相位。识别包括对AOD和AOA的同时恢复。迭代被一直处理直到满足停止准则。这些解决方案有缺陷。用于识别一个路径的计算复杂性阶数实际上与发射器和接收器处的天线的数量的乘积成比例。凭借在发射器和接收器这两者处的数十至数百天线，对于实际和快速实施方案而言，复杂性变得非常高。由此，需要降低了计算复杂性的高效估计稀疏信道的方法。技术方案本专利技术涉及一种信道估计的方法，该方法包括：在具有多个接收天线的接收器处从具有多个发射天线的发射器接收测量结果。更具体地，方法包括：基于所接收的测量结果第一确定至少一组第一角度，各第一角度关联到用于发射器与接收器之间的无线电传输的信道的至少一个路径；-基于所确定的该一组第一角度第二确定多组至少一个参数，各组至少一个参数关联到用于发射器与接收器之间的无线电传输的信道的路径。以上的“信道估计”指的是确定发射器与接收器之间的一组可能信号传播路径，或以等效的方式以特定基础(比如在角域中)估计信道矩阵的任意表示。“可能传播路径”指定具有显著增益的路径。比如，在角域中执行处理的高方向性系统中，仅一些路径具有显著增益。由此，第一确定步骤可以包括确定与可能传播路径对应的第一角度，注意可能存在共享同一第一角度的多个路径。因此，所述传播路径可以通过计算其他参数在前述的第二确定期间来识别。根据本专利技术的总体方案，表征传播路径的不同参数被连续估计，而不是同时估计。该特征降低了用于确定路径的算法的计算复杂性，由此降低了整个信道估计过程的全局复杂性。在实施方式中，在第一确定步骤期间确定的角度可以是离开角。在该实施方式中，第二确定可以包括对于在第一确定期间确定的每个离开角计算关联到可能传播路径的到达角。由此，可以确定关联到一对角(一个离开角和一个到达角)的路径的相位或振幅。换言之，在第一确定期间识别AOA。然后，通过计算传播路径的AOA在第二确定期间识别传播路径，注意可能存在共享同一AOD但具有不同AOA的多个路径。由此，对于给定AOD，可以在找到AOA之后在第二确定期间进行对路径的相位和振幅的估计。凭借这种方法，第一确定的复杂性与发射天线的数量成比例，并且第二确定的复杂性与接收天线的数量成比例。解决方案的整体复杂性等于这两个确定步骤的复杂性之和。由此，复杂性不再是像现有解决方案那样发射和接收处的天线的数量的乘积。在接收器具有至少一个组合器的实施方式中，第一确定包括基于以下算式估计一组至少一个信道向量，各信道向量ha,j与接收器的至少一个组合器当中的一个组合器有关：其中，P是用从发射器发射的一组信号获得的矩阵；P*指示矩阵P的共轭转置矩阵；yj是在当前组合器处可用的测量结果的向量；Dt是与发射天线有关的矩阵；n是测量结果噪声向量；并且指示信道向量ha,j的共轭转置向量。“组合器”指的是在输出中传送在接收天线处接收的信号的组合(比如，线性组合)的装置。Dt比如可以与发射天线的几何结构有关。其还可以考虑天线增益和辐射模式。从发射器发射到接收器的信号可以从接收器知道。这样，如果还已知矩阵Dt，则可以基于组合器的所接收测量结果来估计关联到该组合器的向量ha,j。对于多个组合器，在角域中表达的信道向量共享非零项的同一支持，或换言之针对信道路径存在相同AOD。这是由于以下事实：构成这些信道的物理传播路径是相同的。在该步骤结束时，关联到不同组合器的矩阵ha,j的估计(其中，j是总数个组合器中的组合器的索引)可用。由此，第二确定可以包括：-基于所估计的一组至少一个信道向量的非零项计算一组向量；-对于来自所计算的一组向量的各计算向量vq，基于以下算式计算用角坐标表达的信道矩阵ha的列ha,q：vq＝Q*DrHa，q+nq其中，Q是与至少一个组合器有关的矩阵；Q*指示矩阵Q的共轭转置矩阵；Dr是与接收器有关的矩阵；并且nq是估计噪声向量。Dr可以是与接收器的几何结构有关的矩阵。它还可以考虑天线增益和辐射模式。在实施方式中，如果指示ha,j的第q个非零项，则向量vq(q∈{1，2，...，k}，其中，k是所估计的向量的非零项的数量)可以被定义为：其中，LC是组合器的数量，并且(.)T指示转置运算。各向量vq可以被视为Ha,q的测量结果向量，然后可以用于估计Ha,q。由此，关联到传播路径的所有向量Ha,q的估计等效于整个组传播路径的估计。在另选实施方式中，在第一确定步骤期间确定的角是到达角，而第二确定包括计算关联到各传播路径的离开角。由此，可以确定关联到一对一个到达角和一个离开角的路径的相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信道估计的方法，该方法包括：‑在具有多个接收天线(131、13Nr)的接收器(12)处从具有多个发射天线(121、12Nt)的发射器(11)接收测量结果(301)；其特征在于：所述方法包括：‑基于所接收的测量结果(301)第一确定(203)至少一组第一角度，各第一角度关联到用于所述发射器(11)与所述接收器(12)之间的无线电传输的信道的至少一个路径；‑基于所确定的该一组第一角度第二确定(204)多组至少一个参数，各组至少一个参数关联到用于所述发射器(11)与所述接收器(12)之间的无线电传输的所述信道的路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.15 EP 16306171.61.一种信道估计的方法，该方法包括：-在具有多个接收天线(131、13Nr)的接收器(12)处从具有多个发射天线(121、12Nt)的发射器(11)接收测量结果(301)；其特征在于：所述方法包括：-基于所接收的测量结果(301)第一确定(203)至少一组第一角度，各第一角度关联到用于所述发射器(11)与所述接收器(12)之间的无线电传输的信道的至少一个路径；-基于所确定的该一组第一角度第二确定(204)多组至少一个参数，各组至少一个参数关联到用于所述发射器(11)与所述接收器(12)之间的无线电传输的所述信道的路径。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一角度是离开角。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二确定包括计算到达角。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二确定还包括基于所述离开角和到达角确定相位或振幅。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述接收器(12)具有至少一个组合器，并且，其中，所述第一确定(203)包括基于以下算式估计一组至少一个信道向量，各信道向量ha,j与所述接收器的所述至少一个组合器当中的一个组合器有关：其中：P是根据从所述发射器发射的一组信号获得的矩阵；P*指示矩阵P的共轭转置矩阵；yj是在当前组合器处可用的测量结果的向量；Dt是与所述发射天线有关的矩阵；n是测量结果噪声向量；并且指示信道向量ha,j的共轭转置向量。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二确定(204)包括：-基于所估计的一组至少一个信道向量(306)的非零项计算一组向量；-对于来自所计算的一组向量的各计算向量vq，基于以下算式计算用角坐标表达的信道矩阵Ha的列Ha,q：Vq＝Q*DrHa，q+nq其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·努尔丁，李骞睿，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP