一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法技术

一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据张量参数与系统参数的关系映射，构建出接收信号的三阶张量；步骤2：将所述接收信号的三阶张量表示为有限个秩一张量之和；步骤3：对所述张量进行CP分解；步骤4：获得所述张量的秩和各个因子；步骤5：从各个因子矩阵中估计出信道参数；如此设计，能够兼顾导频开销和波束倾斜并且能够准确获取宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道状态信息。间信道状态信息。间信道状态信息。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法


[0001]本申请涉及毫米波
，特别涉及一种宽带毫米波大规模 MIMO波束空间信道估计方法。

技术介绍

[0002]随着移动通信应用场景不断涌现和扩张，随之而来的是指数增长的无线设备和海量无线数据传输。现有频谱资源，无法满足指数级增长的数据需求，全球移动数据传输迎来了更大挑战。毫米波 (Millimeter
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Wave,mm
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Wave)能提供几十GHz和几百GHz的空闲频谱，可在物理层解决频谱资源短缺，被认为是第五代移动通信(5thGeneration Mobile Communication Technology，5G)和第六代移动通信(6th Generation Mobile Communication Technology，6G)传输系统实现高通量通信核心关键技术之一，得到国内外学者的极大关注。
[0003]目前，5G毫米波频谱全球协同分配正在稳步推进。毫米波作为 5G通信的候选频谱写进了标准协议，在6G通信中也必将发挥更大的作用。毫米波虽具大带宽优势，但工作波长较短，会造成更大传输损耗、更短传输距离等天然劣势。为克服这一劣势，毫米波天线多采用阵列技术提高增益以增强覆盖能力。融合毫米波和大规模多输入多输出(Multiple
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Input Multiple
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Output,Massive MIMO)的毫米波大规模MIMO系统因具有更宽的通信带宽以及更高的频谱效率，而被认为是5G和B5G移动通信网络的核心关键技术之一。毫米波虽具大带宽优势，但工作波长较短，会造成更大传输损耗、更短传输距离等天然劣势。为克服这一劣势，毫米波天线多采用阵列技术提高增益以增强覆盖能力。融合毫米波和大规模多输入多输出(Multiple
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InputMultiple
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Output,Massive MIMO)的毫米波大规模MIMO系统因具有更宽的通信带宽以及更高的频谱效率，而被认为是5G和B5G移动通信网络的核心关键技术之一。然而，对于天线成百上千的毫米波大规模MIMO系统而言，如果每根天线都使用一个专用的射频(RadioFrequency,RF)链，会使得系统复杂度增加，从而导致难以接受的系统功耗和硬件成本。为此，人们提出基于透镜天线阵列(Lens AntennaArray,LAA)的波束空间MIMO技术(Beamspace MIMO)。
[0004]图1为现有技术提供的一种基于透镜天线阵列的波束空间 MIMO技术示意图。如图1所示基于透镜天线阵列的波束空间MIMO 系统10包括降低数字预编码101、RF链102、波束选择网络103、透镜天线阵列104以及用户105。在图1所示系统中采用透镜天线阵列代替毫米波大规模MIMO系统中传统的电磁天线阵列，可以通过不同天线上集中来自不同方向的信号将传统信道变换为波束空间信道。毫米波通信中有效传播路径数量非常有限，因此毫米波波束空间信道是稀疏的，可以根据稀疏波束空间信道选择少量主波束，以显著降低系统的维度及射频数量，毫米波波束空间MIMO被认为是缓解巨大能耗瓶颈的有效方案。基于透镜阵列的毫米波大规模MIMO为波束赋形(又称预编码)提供硬件基础，在波束空间MIMO系统中进行混合波束赋形，为了选择功率聚焦波束，需要在基站处设置高维波束空间信道，这使得大规模波束空间MIMO的信道估计导频开销加大，同时已有的很多波束空间MIMO的信道估
计方法是为窄带系统设计的，而毫米波系统更可能是宽带系统以实现高数据速率和有效地提升系统容量，同时空间宽带会产生波束倾斜。因此亟需一种方法能够兼顾导频开销和波束倾斜以准确获取宽带毫米波大规模MIMO 波束空间信道状态信息是一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法，以解决能够兼顾导频开销和波束倾斜以准确获取宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道状态信息的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0007]一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1：根据张量参数与系统参数的关系映射，构建出宽带毫米波波束空间MIMO系统接收信号的三阶张量；
[0009]步骤2：将所述接收信号的三阶张量表示为有限个秩一张量之和；
[0010]步骤3：对所述张量进行CP分解；
[0011]步骤4：获得所述张量的秩和各个因子；
[0012]步骤5：从各个因子矩阵中估计出信道参数；
[0013]所述步骤3中，在波束空间MIMO的多径数L未知时，根据采用最小描述长度方法预估系统多径个数，基于估计出的多径个数，估计张量各个因子矩阵获得张量的秩与所述各个因子；
[0014]所述采用最小描述长度方法预估系统多径个数包括如下步骤：
[0015]1)对接收信号按照第一模式展开得到Y
(1)
，对Y
(1)
的空间协方差矩阵进行特征分解，得到其特征值及特征值对应的特征向量，基于MDL准则对特征值进行计算，预估Y
(1)
的秩
[0016]2)依次对按照第二模式、第三模式展开分别得到Y
(2)
，Y
(3)
，并预估Y
(2)
，Y
(3)
的秩
[0017]3)所述接收信号的预估秩为
[0018]4)预估出的秩后，求解张量的各个因子
[0019]可选的，所述接收信号的三阶张量的模分别对应时间域帧、子帧以及子载波，表示为：
[0020]可选的，所述接收信号表示为有限个秩一张量之和：
[0021][0022]可选的，在张量分解唯一性前提下，所述接收信号的分解式为：其中固定两个因子，优化另一因子迭代估计出所述各个因子。
[0023]可选的，，所述信道参数包括波束倾斜因子，所述波束倾斜因子包括：入射角、时延以及，根据所述入射角、时延以及反射角估计出信道衰落系数。
[0024]本申请的有益效果是：
[0025]一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0026]步骤1：根据张量参数与系统参数的关系映射，构建出宽带毫米波波束空间MIMO系统接收信号的三阶张量；
[0027]步骤2：将所述接收信号的三阶张量表示为有限个秩一张量之和；
[0028]步骤3：对所述张量进行CP分解；
[0029]步骤4：获得所述张量的秩和各个因子；
[0030]步骤5：从各个因子矩阵中估计出信道参数；
[0031]所述步骤3中，在波束空间MIMO的多径数L未知时，根据采用最小描述长度方法预估系统多径个数，基于估计出的多径个数，估计张量各个因子矩阵获得张量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带毫米波大规模MIMO波束空间信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据张量参数与系统参数的关系映射，构建出宽带毫米波波束空间MIMO系统接收信号的三阶张量；步骤2：将所述接收信号的三阶张量表示为有限个秩一张量之和；步骤3：对所述张量进行CP分解；步骤4：获得所述张量的秩和各个因子；步骤5：从各个因子矩阵中估计出信道参数；所述步骤3中，在波束空间MIMO的多径数L未知时，根据采用最小描述长度方法预估系统多径个数，基于估计出的多径个数，估计张量各个因子矩阵获得张量的秩与所述各个因子；所述采用最小描述长度方法预估系统多径个数包括如下步骤：1)对接收信号按照第一模式展开得到Y
(1)
，对Y
(1)
的空间协方差矩阵进行特征分解，得到其特征值及特征值对应的特征向量，基于MDL准则对特征值进行计算，预估Y
(1)
的秩2)依次对按照第二模式、第三模式展开分别得到Y
(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁婷，朱健东，杨静，江兴盟，陈享成，刘成城，胡德秀，夏凌楠，马骅，卢伟，
申请(专利权)人：郑州铁路职业技术学院，
类型：发明
国别省市：