一种基于互质阵列系统的信道估计方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于互质阵列系统的信道估计方法及系统，属于通信技术领域，解决了现有技术中信道估计计算复杂、效率低、估计精度低的问题。该方法包括以下步骤：获取互质阵列中第一子阵列和第二子阵列分别接收到的第一信号和第二信号；根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角和到达角；根据所述发射角和到达角计算得到路径增益估计值；根据所述发射角、到达角及路径增益估计值计算得到信道估计值。该方法通过发射角和到达角的估计及路径增益估计，缩小了频谱搜索的范围，很大程度缩小了空间频谱搜索范围，降低了计算复杂度，提高了信道估计的效率及估计精度。

A channel estimation method and system based on coprime array system

【技术实现步骤摘要】
一种基于互质阵列系统的信道估计方法及系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于互质阵列系统的信道估计方法及系统。
技术介绍
大规模MIMO技术在当前的5G无线通信系统中得到了广泛的应用，将毫米波与大规模MIMO相结合来增大信号功率进而提高传输距离。传统的MIMO系统信道估计技术无法充分利用毫米波信道的空间稀疏性，因此现有的毫米波信道估计问题可以转化为估计路径方向和路径增益。现有的应用空间谱估计的信道估计算法中需要大量复杂的乘法运算，并且运算量与阵元数量的立方成正比。因此，当阵元数量较大时，信道估计算法的计算复杂度非常高，不利于工程实现。另一方面，均匀阵列为了避免角度模糊，阵元间距应不超过辐射波长的一半，因此基于ULA的通信系统只能通过增加阵元的数量来实现阵列孔径的扩展，这会进一步增加系统成本和算法复杂度。现有技术至少存在以下缺陷，一是需要的阵元数量大，计算复杂度高，效率低，估计精度低，不利于工程实现；二是增加阵元数量实现阵列孔径的扩展一定程度上增加了成本。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于互质阵列系统的信道估计方法及系统，用以解决现有信道估计计算复杂度高、效率低、估计精度低的问题。一方面，本专利技术提供了一种基于互质阵列系统的信道估计方法，该方法包括以下步骤：获取互质阵列中第一子阵列和第二子阵列分别接收到的第一信号和第二信号；根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角和到达角；根据所述发射角和到达角计算得到路径增益估计值；根据所述发射角、到达角及路径增益估计值计算得到信道估计值。进一步的，根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的到达角，包括：分别对第一信号和第二信号进行协方差处理获得第一信号对应的信号子空间和噪声子空间及第二信号对应的信号子空间和噪声子空间；基于第一信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第一信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；基于第二信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第二信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；比较所述第一信号频谱的多个波峰位置与所述第二信号频谱的多个波峰位置，获得距离最小的两个波峰位置对应的模糊到达角和根据模糊到达角Ar1和Ar2通过下述公式获得到达角进一步的，根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角，包括：分别对所述第一信号和第二信号进行共轭转置处理获得第一转置信号和第二转置信号；分别对第一转置信号和第二转置信号进行协方差处理获得第一转置信号对应的信号子空间和噪声子空间及第二转置信号对应的信号子空间和噪声子空间；基于第一转置信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第一转置信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊发射角；基于第二转置信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第二转置信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊发射角；比较所述第一转置信号频谱的多个波峰位置与所述第二转置信号频谱的多个波峰位置，获得距离最小的两个波峰位置对应的模糊发射角和根据模糊发射角At1和At2通过下述公式获得发射角进一步的，根据第一子阵列的阵元数量划分第一信号和第一转置信号的空间频谱搜索区间；根据第二子阵列的阵元数量划分第二信号和第二转置信号的空间频谱搜索区间。进一步的，在任一划分的所述空间频谱搜索区间内利用空间频谱搜索获得一个波峰位置，并根据波峰位置的分布规律确定其他划分的所述空间频谱搜索区间内的波峰位置。进一步的，根据所述发射角和到达角通过下述公式得到路径增益估计值：其中，Br(θr,φr)＝PWHAr(θr,φr)，P为信道功率值，W＝WRFWBB，WRF为信号接收端模拟波束矩阵，WBB为合成矩阵，F＝FRFFBB，FRF为信号发射端模拟波束矩阵，FBB为数字预编码矩阵，Ar(θr,φr)为到达角对应的矩阵，At为发射角对应的矩阵，y(q)为第q个时间块接收到的信号。进一步的，根据所述发射角、到达角及路径增益估计值通过下述公式得到信号估计值：进一步的，所述互质阵列为线性互质阵列或平面互质阵列。根据上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术考虑到每个信号源产生的峰值在周期范围内的分布规律，根据子阵列阵元数量划分了空间频谱搜索区间，只需在一个区间内计算搜索出波峰位置，再根据波峰分布规律确定其他区间内的波峰位置，极大地缩小了空间频谱搜索范围，有效降低了计算复杂度，提高了效率；2、本专利技术通过搜索互质阵列两个子阵列接收的信号中距离最近的两个波峰位置来确定信号的发射角和到达角，解决了角度模糊的问题，提高了估计精度；3、本专利技术提出的信道估计方法不仅可以应用于互质线性阵列，也可以应用于互质平面阵列，适用性强，应用范围广；4、本专利技术提出的信道估计方法促进了互质阵列在通信系统中的述用，有效解决了利用传统均匀线性阵列，计算复杂度高、成本高的问题。另一方面，本专利技术还提出了一种基于互质阵列系统的信道估计系统，其特征在于，包括：信号处理模块，用于获取互质阵列中第一子阵列和第二子阵列分别接收到的第一信号和第二信号；角度获取模块，用于根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角和到达角；路径增益估计模块，用于根据所述发射角和到达角得到路径增益估计值；信道估计模块，用于根据所述发射角、到达角及路径增益估计得到信道估计值。进一步的，所述角度获取模块通过下述流程获得信号的到达角：分别对第一信号和第二信号进行协方差处理获得第一信号对应的信号子空间和噪声子空间及第二信号对应的信号子空间和噪声子空间；基于第一信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第一信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；基于第二信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第二信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；比较所述第一信号频谱的多个波峰位置与所述第二信号频谱的多个波峰位置，获得距离最小的两个波峰位置对应的模糊到达角和根据模糊到达角Ar1和Ar2通过下述公式获得到达角所述角度获取模块通过下述流程获得信号的发射角：分别对所述第一信号和第二信号进行共轭转置处理获得第一转置信号和第二转置信号；基于所述第一转置信号和第二转置信号采用与上述相同的方法获得发射角由于本专利技术中的互质阵列系统的信道估计系统与上述方法具有相同的原理，因此该信道估计系统也具有与上述信道估计方法相同的技术效果。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取互质阵列中第一子阵列和第二子阵列分别接收到的第一信号和第二信号；/n根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角和到达角；/n根据所述发射角和到达角计算得到路径增益估计值；/n根据所述发射角、到达角及路径增益估计值计算得到信道估计值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取互质阵列中第一子阵列和第二子阵列分别接收到的第一信号和第二信号；
根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角和到达角；
根据所述发射角和到达角计算得到路径增益估计值；
根据所述发射角、到达角及路径增益估计值计算得到信道估计值。


2.根据权利要求1所述的一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的到达角，包括：
分别对第一信号和第二信号进行协方差处理获得第一信号对应的信号子空间和噪声子空间及第二信号对应的信号子空间和噪声子空间；
基于第一信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第一信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；基于第二信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第二信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊到达角；
比较所述第一信号频谱的多个波峰位置与所述第二信号频谱的多个波峰位置，获得距离最小的两个波峰位置对应的模糊到达角和
根据模糊到达角Ar1和Ar2通过下述公式获得到达角





3.根据权利要求2所述的一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，根据接收的所述第一信号和第二信号得到信号的发射角，包括：
分别对所述第一信号和第二信号进行共轭转置处理获得第一转置信号和第二转置信号；
分别对第一转置信号和第二转置信号进行协方差处理获得第一转置信号对应的信号子空间和噪声子空间及第二转置信号对应的信号子空间和噪声子空间；
基于第一转置信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第一转置信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊发射角；基于第二转置信号对应的信号子空间和噪声子空间利用空间频谱搜索获得第二转置信号频谱的多个波峰位置及对应的模糊发射角；
比较所述第一转置信号频谱的多个波峰位置与所述第二转置信号频谱的多个波峰位置，获得距离最小的两个波峰位置对应的模糊发射角和
根据模糊发射角At1和At2通过下述公式获得发射角





4.根据权利要求3所述的一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，根据第一子阵列的阵元数量划分第一信号和第一转置信号的空间频谱搜索区间；根据第二子阵列的阵元数量划分第二信号和第二转置信号的空间频谱搜索区间。


5.根据权利要求4所述的一种基于互质阵列系统的信道估计方法，其特征在于，在任一划分的所述空间频谱搜索区间内利用空间频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树锋，曹广静，金立标，张乃谦，
申请(专利权)人：中国传媒大学，
类型：发明
国别省市：北京;11