多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法技术

本发明专利技术揭示了一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，包括如下步骤：S1、构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端；S2、各天线面板分别在多个时隙内向所述用户接收端发射导频序列；S3、所述用户接收端接收各天线面板在不同时隙下发送的信号对接收信号分块存储；S4、所述用户接收端使用联合压缩感知算法对各天线面板的信道进行联合恢复。本发明专利技术的方法能够使得系统在保证信道估计精度的前提下、以较低的复杂度对各天线面板与用户间的信道信息进行联合恢复。

【技术实现步骤摘要】
多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法
本专利技术涉及一种毫米波MIMO信道估计方法，具体而言，涉及一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，属于毫米波通信

技术介绍
在现有的大规模MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)系统中，基站端配有大量天线，相邻天线之间的距离较小。为了保证各天线之间的独立性，可以采用波长更短的毫米波作为信号载体进行数据传输。这种毫米波大规模MIMO系统主要采用全连接和部分连接两种天线连接结构。其中，全连接结构是指每一个射频链路与所有阵列天线相连接。与全连接结构相比，部分连接结构的硬件复杂度更低，该结构是指大规模天线阵列被划分成了多个子阵列，每一个子阵列分别与一个射频链路相连接。近些年，出于进一步降低系统硬件成本的考虑，研究者在毫米波部分连接结构的基础上又提出了集成天线技术(Antennainpackage)，即在天线端使用多个天线面板，每个天线面板分别集成多根天线，这种结构被称为多天线面板结构(multi-panelantennaarray)。信道估计是毫米波系统进行有效通信和预编码的基础，由于多天线面板结构的毫米波MIMO系统中基站端的天线数目庞大，且各天线面板间与用户间信号的有效路径发射角各不相同，因此也就导致各个天线面板与用户间的信道信息存在一定差异，从而使得传统的毫米波系统的信道估计方法无法直接使用于多天线面板结构的毫米波MIMO系统。综上所述，如何在现有技术的基础上提出一种针对多天线面板结构的毫米波MIMO系统的快速、精确、复杂度低的信道估计方法也就成为了目前业内研究人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术的目的是提出一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，包括如下步骤：S1、构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端；S2、各天线面板分别在多个时隙内向所述用户接收端发射导频序列；S3、所述用户接收端接收各天线面板在不同时隙下发送的信号对接收信号分块存储；S4、所述用户接收端使用联合压缩感知算法对各天线面板的信道进行联合恢复。优选地，S1具体包括如下步骤：构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端，所述基站发射端配有NP个天线面板，每根射频链通过Nα个相位变换器与各天线面板相连，且各天线面板间存在物理间隔，所述用户接收端为单天线结构。优选地，S2具体包括如下步骤：将连续M个时隙定义为一个时间块T，在每个时间块T中，仅有一个天线面板向所述用户接收端发送导频序列{si:si＝1,i＝1,2,…M}，NP个天线面板依次在NP个时间块内向所述用户接收端发送导频。优选地，S3包括如下步骤：所述用户接收端在一个时间块T中的接收信号为则所述用户接收端在NP个时间块内接收的信号为所述用户接收端将接收的信号y分块存储为优选地，S3具体包括如下步骤：S31、将用户接收端在第(i-1)×M+j个时隙内的接收信号表示为y((i-1)×M+j)＝hiTfjsj+n，其中，y((i-1)×M+j)为第(i-1)×M+j个时隙内的接收信号，为基站在第(i-1)×M+j个时隙内所使用的预编码矩阵，sj＝1、为基站在第(i-1)×M+j个时隙内发送的导频，其中，hi为第i个天线面板与用户间的信道信息，αl为第i个天线面板与用户间的第l个散射信道的信道增益，为第i个天线面板与第一个面板间的间隔，L为第i个天线面板与用户接收端间散射信道的数目，其中，a(θl)为导向矢量，为单个天线面板内天线与天线之间的距离，n～CN(0,1)为复高斯加性噪声；S32、基站发射端在任意时间块内所使用的预编码矩阵相同，则用户接收端在第i个时间块内的接收信号可以表示为yiT＝hiTF+nT，其中，为第i个时间块内用户接收端的接收信号，为基站发射端在第i个时间块内所使用的预编码矩阵，为第i个时间块内的噪声矩阵；S33、用户接收端在NP个时间块内接收的信号为用户接收端将接收信号y分块存储为S34、根据用户接收端接收信号的存储形式，将NP个时间块内的接收信号表示为Y＝FTH+N，其中，为噪声矩阵；S35、将第i个天线面板与用户接收端间信道向量hi之间的关系表示为hi＝Aξ，其中，A＝[a(θ1)a(θ2)…a(θL)]、为L个散射信道的导向矢量的合并矩阵，ξ＝[α1α2…αL]T、为L个散射信道的信道增益的向量；S36、综合上述步骤，NP个时间块内的接收信号可重新表示为Y＝FTH+N＝FTADZ+N。优选地，S4包括如下步骤：所述用户接收端使用所述基站发射端的预编码矩阵作为观测矩阵，角度码本作为稀疏基，利用不同天线面板的信道向量间存在相同的稀疏特性的特点，采用联合压缩感知算法对天线面板与用户接收端间的信道进行联合恢复。优选地，所述联合压缩感知算法包括如下步骤：首先，用户接收端分别对NP个时间块内的接收信号yi分别进行范数计算，以求得最优的接收信号yi；随后，通过对第i个时间块的信道信息进行估计，得出稀疏向量的非零索引，接着通过最小二乘法求得稀疏矩阵的非零值；最后，利用角度量化码本对信道信息进行恢复。与现有技术相比，本专利技术的优点主要体现在以下几个方面：本专利技术利用了不同天线面板的信道向量间存在相同的稀疏特性这一特点，设计出了一种联合压缩感知算法，使得系统能够在保证信道估计精度的前提下、以较低的复杂度对各天线面板与用户间的信道信息进行联合恢复，不仅充分地保证了本专利技术方法的使用效果、同时也提升了方法整体的效率及精确性。此外，本专利技术也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于其他关于毫米波MIMO信道估计的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图；图2为本专利技术方法中的算法流程示意图；图3为本专利技术一实施例与使用传统正交匹配追踪算法对信道进行恢复的实施例的对比图。具体实施方式如图1所示，本专利技术揭示了一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，包括如下步骤：S1、构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端。S2、各天线面板分别在多个时隙内向所述用户接收端发射导频序列。S3、所述用户接收端接收各天线面板在不同时隙下发送的信号对接收信号分块存储。S4、所述用户接收端使用联合压缩感知算法对各天线面板的信道进行联合恢复。S1具体包括如下步骤：构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端，所述基站发射端配有NP个天线面板，每根射频链通过Nα个相位变换器与各天线面板相连，且各天线面板间存在一定物理间隔，所述用户接收端为单天线结构。S2具体包括如下步骤：将连续M个时隙定义为一个时间块T，在每个时间块T中，仅有一个天线面板向所述用户接收端发送导频序列{si:si＝1,i＝1,2,…M}，NP个天线面板依次在NP个时间块内向所述用户接收端发送导频。总体而言，S3的步骤可以概括为：所述用户接收端在一个时间块T中的接收信号为则所述用户接收端在NP个时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端；S2、各天线面板分别在多个时隙内向所述用户接收端发射导频序列；S3、所述用户接收端接收各天线面板在不同时隙下发送的信号对接收信号分块存储；S4、所述用户接收端使用联合压缩感知算法对各天线面板的信道进行联合恢复。

【技术特征摘要】
1.一种多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端；S2、各天线面板分别在多个时隙内向所述用户接收端发射导频序列；S3、所述用户接收端接收各天线面板在不同时隙下发送的信号对接收信号分块存储；S4、所述用户接收端使用联合压缩感知算法对各天线面板的信道进行联合恢复。2.根据权利要求1所述的多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，S1具体包括如下步骤：构建采用部分连接结构的多天线面板的毫米波MIMO系统，系统包括基站发射端以及用户接收端，所述基站发射端配有NP个天线面板，每根射频链通过Nα个相位变换器与各天线面板相连，且各天线面板间存在物理间隔，所述用户接收端为单天线结构。3.根据权利要求2所述的多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，S2具体包括如下步骤：将连续M个时隙定义为一个时间块T，在每个时间块T中，仅有一个天线面板向所述用户接收端发送导频序列{si:si＝1,i＝1,2,…M}，NP个天线面板依次在NP个时间块内向所述用户接收端发送导频。4.根据权利要求3所述的多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，S3包括如下步骤：所述用户接收端在一个时间块T中的接收信号为则所述用户接收端在NP个时间块内接收的信号为所述用户接收端将接收的信号y分块存储为5.根据权利要求4所述的多天线面板结构的毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于，S3具体包括如下步骤：S31、将用户接收端在第(i-1)×M+j个时隙内的接收信号表示为y((i-1)×M+j)＝hiTfjsj+n，其中，y((i-1)×M+j)为第(i-1)×M+j个时隙内的接收信号，为基站在第(i-1)×M+j个时隙内所使用的预编码矩阵，sj＝1、为基站在第(i-1)×M+j个时隙内发送的导频，其中，hi为第i个天线面板与...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，谢洋，赵学健，杨龙祥，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32