一种信道估计方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，特别涉及一种信道估计方法及系统。所述信道估计方法包括：步骤a：给定第0个时间块的导频序列；步骤b：在第t个时间块中，基于t‑1个时间块的传输信号，采用稀疏信道估计算法估计出所述第t个时间块的信道信息；其中，1≤t≤T，T为所述时间块总数；且当t＝1时，所述上一个时间块的传输信号为第0个时间块的导频序列；步骤c：基于所述第t个时间块的信道信息，采用最大似然信号检测器检测出第t个时间块的传输信号；步骤d：迭代执行步骤b和步骤c，直到完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测。本发明专利技术实现了低复杂度的在线迭代快速算法，提高了算法的实时性，并大幅提高了信道估计算法的精确度。

Channel estimation method and system

The invention relates to the technical field of wireless communication, in particular to a channel estimation method and system. The channel estimation method comprises the following steps: step a: a pilot sequence given zeroth blocks of time; step B: t at the time of the block, signal transmission T 1 blocks of time based on the estimation of the first t time block algorithm using sparse channel channel information; among them, 1 T = T, T is the total number of blocks of time; and when t = 1, the pilot sequence of the transmission signal on a block of time for zeroth blocks of time; step C: the channel information of the first t time block based on the maximum likelihood detector to detect the signal transmission signal t time block; step d: iterative execution steps B and C, until the completion of T time block channel estimation and signal detection and information transmission. The invention realizes an online iterative fast algorithm with low complexity, improves the real-time performance of the algorithm, and greatly improves the accuracy of the channel estimation algorithm.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种信道估计方法及系统。
技术介绍
毫米波通信自由路损的急剧增加，早期关于毫米波通信的研究大多集中于室内场景。然而，得益于毫米等级的波长，大规模的毫米波通信系统天线阵列可以密集排列在较小体积的印制电路板上，因此基于大规模天线阵列的波束成形技术被广泛应用于实际的毫米波通信系统以对抗剧烈的路径损耗。纽约理工大学根据曼哈顿地区的室外实测数据指出，结合波束成形技术，毫米波通信系统中单个微基站的覆盖范围最高可达200米，与当前微小区在相同功耗条件下的覆盖范围相当。然而，在毫米波多天线系统中，高效的混合模拟数字波束成形设计是以准确的信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)为前提的。即若CSI未知，则混合波束成形的设计需要分两个步骤：首先确定模拟域的波束旋转方向，再完成基带部分的设计。相反地，若给定CSI，则可通过矩阵分解同时实现模拟和基带部分的波束成形设计，使用较少的频谱资源获得更高的天线阵列增益。因此，要设计新的毫米波无线通信系统，信道估计是首要解决的问题。然而，仅基于导频实现信道估计需要在传输信号中插入大量的训练符号，产生大量的导频训练负载，严重降低了系统的频谱效率。基于传输信号的信道估计能够有效解决这个问题，大幅提高系统平铺效率。而另一方面，由于信号检测性能的好坏将直接影响到信道估计的精度，甚至整个多入多出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)系统性能的好坏，设计高性能的MIMO信号检测算法已成为MIMO通信中一项具有重大意义的关键技术。对现有技术进行检索发现，PejoskiSlavche等在2015年IEEEWirelessCommunicationsLetters上发表的EstimationofsparsetimedispersivechannelsinpilotaidedOFDMusingatomicnorm(基于原子范数的导频辅助正交频分复用系统的稀疏时间弥散信道估计)和ZhangPeng等在2015年的IEEEInternationalConferenceonCommunications上发表的Atomicnormdenoising-basedchannelestimationformassivemultiuserMIMOsystems(基于原子范数解噪的大规模多用户多入多出系统的信道估计)中基于导频序列，采用一维原子范数最小化方法分别在[0,2π)和[-π/2,π/2]区间内逼近信道发射或者接收角度，估计信道信息矩阵。EunchulYoon在2017年的IEEECommunicationsLetters中发表的MaximumLikelihoodDetectionWithaClosed-FormSolutionfortheSquareQAMConstellation中基于子集分割等手段简化了最大似然检测算法，提出检测信号关于接收信号和估计的信道信息的解析表达式。上述中，由于毫米波信道模型中收发天线阵列响应与现有方法中单天线阵列响应矩阵表示形式的差异，现有基于一维原子范数最小化的信道估计方法无法直接扩展到同时具有收发双天线阵列响应的毫米波信道信息估计中。而且，上述信道估计方法都仅限于基于导频的信道估计机制，会产生大量的导频训练负载，严重降低了系统的频谱效率。此外，现有的信号检测算法没有考虑利用实际无线通信系统中检测误差较小的特性，导致信号检测误差较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种信道估计方法及系统，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为了解决上述问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种信道估计方法，包括以下步骤：步骤a：给定第0个时间块的导频序列；步骤b：在第t个时间块中，基于t-1个时间块的传输信号，采用稀疏信道估计算法估计出所述第t个时间块的信道信息；其中，1≤t≤T，T为所述时间块总数；且当t＝1时，所述上一个时间块的传输信号为第0个时间块的导频序列；步骤c：基于所述第t个时间块的信道信息，采用最大似然信号检测器检测出第t个时间块的传输信号；步骤d：迭代执行步骤b和步骤c，直到完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测。本专利技术实施例采取的技术方案还包括：所述步骤a前还包括：将毫米波参数信道信息模型转换为符合构造二维原子范式表达的形式；所述二维原子范式表示为：上述公式中，为第t个时间块的信道信息的二维原子范式表示，inf为取下确界操作，表示复数域，|·|表示取模操作。本专利技术实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述采用稀疏信道估计算法估计出第t个时间块的信道信息具体为：基于原子范数最小化的稀疏信道重构模型为：上述公式中，为权重因子；将上述公式转化为半正定规划的标准表达形式：上述公式中，Tr(·)表示求矩阵的迹操作，vt,g＝[vt,g(-Nt+1),vt,g(-Nt+2),...,vt,g(Nt-1)]T，是一个块托普利兹矩阵，将上述公式改写成适用于交替方向乘子法的表达形式：将上述公式改写成增广拉格朗日的形式：上述公式中，是对偶变量，ρ＞0是罚参数，η∞(·)是指示函数，当括号中的条件为真时，取值为0；否则为无穷；通过上述公式对未知参数求导。本专利技术实施例采取的技术方案还包括：所述步骤d后还包括：采用归一化均方误差和误比特率标准分别对所述信道信息估计和传输信号检测结果进行性能评价。本专利技术实施例采取的技术方案还包括：所述归一化均方误差标准定义为：上述公式中，||·||F为范数操作；所述误比特率标准定义为：上述公式中，为取均值操作，||·||0为范数操作。本专利技术实施例采取的另一技术方案为：一种信道估计系统，包括：导频序列设定模块：用于给定第0个时间块的导频序列；信道信息估计模块：用于在第t个时间块中，基于t-1个时间块的传输信号，采用稀疏信道估计算法估计出所述第t个时间块的信道信息；其中，1≤t≤T，T为所述时间块总数；且当t＝1时，所述上一个时间块的传输信号为第0个时间块的导频序列；传输信号检测模块：用于基于所述第t个时间块的信道信息，采用最大似然信号检测器检测出第t个时间块的传输信号；迭代判断模块：用于判断是否完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测，如果没有完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测，通过所述信道信息估计模块和传输信号检测模块进行迭代，直到完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测。本专利技术实施例采取的技术方案还包括模型转换模块，所述模型转换模块用于将毫米波参数信道信息模型转换为符合构造二维原子范式表达的形式；所述二维原子范式表示为：上述公式中，为第t个时间块的信道信息的二维原子范式表示，inf为取下确界操作，表示复数域，|·|表示取模操作。本专利技术实施例采取的技术方案还包括：所述信道信息估计模块采用稀疏信道估计算法估计出第t个时间块的信道信息具体为：基于原子范数最小化的稀疏信道重构模型为：上述公式中，为权重因子；将上述公式转化为半正定规划的标准表达形式：上述公式中，Tr(·)表示求矩阵的迹操作，vt,g＝[vt,g(-Nt+1),vt,g(-Nt+2),...,vt,g(Nt-1)]T，是一个块托普利兹矩阵，将上述公式改写成适用于交替方向乘子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：给定第0个时间块的导频序列；步骤b：在第t个时间块中，基于t‑1个时间块的传输信号，采用稀疏信道估计算法估计出所述第t个时间块的信道信息；其中，1≤t≤T，T为所述时间块总数；且当t＝1时，所述上一个时间块的传输信号为第0个时间块的导频序列；步骤c：基于所述第t个时间块的信道信息，采用最大似然信号检测器检测出第t个时间块的传输信号；步骤d：迭代执行步骤b和步骤c，直到完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测。

【技术特征摘要】
1.一种信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：给定第0个时间块的导频序列；步骤b：在第t个时间块中，基于t-1个时间块的传输信号，采用稀疏信道估计算法估计出所述第t个时间块的信道信息；其中，1≤t≤T，T为所述时间块总数；且当t＝1时，所述上一个时间块的传输信号为第0个时间块的导频序列；步骤c：基于所述第t个时间块的信道信息，采用最大似然信号检测器检测出第t个时间块的传输信号；步骤d：迭代执行步骤b和步骤c，直到完成T个时间块的信道信息估计和传输信号检测。2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述步骤a前还包括：将毫米波参数信道信息模型转换为符合构造二维原子范式表达的形式；所述二维原子范式表示为：上述公式中，为第t个时间块的信道信息的二维原子范式表示，inf为取下确界操作，表示复数域，|·|表示取模操作。3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述采用稀疏信道估计算法估计出第t个时间块的信道信息具体为：基于原子范数最小化的稀疏信道重构模型为：上述公式中，为权重因子；将上述公式转化为半正定规划的标准表达形式：上述公式中，Tr(·)表示求矩阵的迹操作，vt,g＝[vt,g(-Nt+1),vt,g(-Nt+2),...,vt,g(Nt-1)]T，是一个块托普利兹矩阵，将上述公式改写成适用于交替方向乘子法的表达形式：将上述公式改写成增广拉格朗日的形式：上述公式中，Υt是对偶变量，ρ＞0是罚参数，η∞(·)是指示函数，当括号中的条件为真时，取值为0；否则为无穷；通过上述公式对未知参数求导。4.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述步骤d后还包括：采用归一化均方误差和误比特率标准分别对所述信道信息估计和传输信号检测结果进行性能评价。5.根据权利要求4所述的信道估计方法，其特征在于，所述归一化均方误差标准定义为：上述公式中，||·||F为范数操作；所述误比特率标准定义为：上述公式中，为取均值操作，||·||0为范数操作。6.一种信道估计系统，其特征在于，包括：导频序列设定模块：用于给定第0个时间块的导频序列；信道信息估计模块：...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚宏云，王晓东，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44