一种信道估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种信道估计方法及装置，所述方法包括：根据波束对扫描结果构建测量矩阵；基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间最优地高维原始信道。本发明专利技术基于5G/B5G的大规模MIMO通信系统，提供了一种基于波束对扫描和压缩感知技术的大规模MIMO信道估计方法，在波束对扫描初始阶段，基站与用户终端通过同步信号块遍历所有的通信波束对，测量所有波束对的信号强度并按照从大到小进行排序以构造测量矩阵；在此基础上，将高维原始信道估计问题转化为角度域的稀疏信道估计，以使用压缩感知技术，采用局部角度量化和自适应角度追踪的方式恢复信道信息，能以较低的算法复杂度实现信道的准确估计。能以较低的算法复杂度实现信道的准确估计。能以较低的算法复杂度实现信道的准确估计。

【技术实现步骤摘要】
一种信道估计方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种信道估计方法及装置。

技术介绍

[0002]毫米波(mmWave)通信作为第五代移动通信/超第五代移动通信(Fifth Generation/Beyond Fifth Generation，5G/B5G)系统的关键技术，具有更大的带宽、更低的时延和更高的传输速率。为了克服毫米波的高路径损耗，大规模输入输出(Massive Multiple
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Input Multiple
‑
Output，MIMO)技术和波束成形技术得到了广泛的应用，以期将数据信息聚集于单一的波束方向进行传输，进而增大通信的覆盖范围。信道状态信息(Channel State Information，CSI)在毫米波通信过程起到非常关键的作用，接收端可以利用信道估计得到的CSI进行信号检测，并能在移动环境下基于CSI确定收发端的最佳波束方向，提高传输性能。
[0003]然而B5G的通信频率被增加到了52.6GHz以上，为了对抗更严重的通信路径损耗，基站和用户终端都需要配备更大规模的相控阵天线，其天线辐射单元在几十到数百之间变化，这导致信道维度显著增加。
[0004]传统的信道估计算法，如LS、LMMSE、DFT等会涉及大量矩阵乘、求逆等运算复杂度很高的操作，这给计算能力受限的基站和终端带来了极大挑战。
[0005]综上所述，在高频、大带宽的离散网格(Off
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grid)信道通信场景下，如何设计低复杂度的信道估计算法，以获取CSI是未来通信亟需解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种信道估计方法及装置，用以解决现有技术在信道估计过程中计算复杂高的缺陷，适用于基站与单个用户终端之间的通信，并可轻易扩展至多用户终端场景。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种信道估计方法，包括：
[0008]根据波束对扫描结果构建测量矩阵；
[0009]基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间的高维原始信道。
[0010]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，所述根据波束对扫描结果构建测量矩阵，包括：
[0011]步骤1，通过波束对扫描，遍历用于基站与用户终端通信的所有可能的波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度；
[0012]步骤2，由所述接收信号强度大于第一阈值的波束对，组合构造初始到达及离开角集合，并确定每个子载波上的测量矩阵。
[0013]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，所述基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间的高维原始信道，包括：
[0014]步骤3，计算所述初始测量矩阵与对应导频上的观测值之间的相关值，以获取最大
相关值对应的到达及离开角；
[0015]步骤4，以所述到达及离开角为中心，对周围局部角度空间进行量化，以获取周围局部角度空间对应的局部测量矩阵；
[0016]步骤5，重新计算所述局部测量矩阵与对应导频上的观测值之间的相关值，以确定获取最大相关值对应的新到达及离开角；
[0017]步骤6，根据所述新到达及离开角与所述到达及离开角，确定角度偏移量；
[0018]步骤7，在所述初始到达及离开角集合中引入所述角度偏移量，并更新所述初始测量矩阵；
[0019]步骤8，迭代执行上述步骤3
‑
步骤7，直至相邻两次迭代过程中计算到的相关值之差小于第二阈值，获取目标到达及离开角，以确定所述目标到达及离开角对应的目标径；
[0020]步骤9：从所有可能的波束对组合中去掉所述目标径对应的波束对，由剩余的波束对重新组成所述波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度；
[0021]步骤10：迭代执行上述步骤2
‑
步骤9，直至获取所述波束对组合对应的所有目标径，以及各目标径对应的目标到达及离开角和天线阵列响应集合；
[0022]步骤11：根据各目标径对应的目标到达及离开角和天线阵列响应集合，计算各目标径对应的复增益和原始信道，以组建所述高维原始信道。
[0023]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，所述通过波束对扫描，遍历用于基站与用户终端通信的所有可能的波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度，包括：
[0024]在用户终端初始接入阶段，位于基站侧的基带导频发送初始信号并经模拟预编码向量进行编码后，以波束对的形式将编码后的导频信号发送给所述用户终端；
[0025]用户终端遍历与所述基站之间的所有波束对，以利用模拟预解码向量对接收到的每组波束对方向上的导频信号进行解码，并计算每组波束对方向上所述导频信号的接收信号强度。
[0026]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，所述由所述接收信号强度大于第一阈值的波束对，组合构造初始到达及离开角集合，并确定每个子载波上的测量矩阵，包括：
[0027]根据接收信号强度的大小，对所述接收信号强度大于第一阈值的所有波束对进行排序，构造初始到达及离开角集合，并获取前N
RF
组波束对应的模拟预编码向量及模拟预解码向量；
[0028]根据所述到达及离开角集合、N
RF
对所述模拟预编码向量及模拟预解码向量以及导频序列，为信道在频域上各个子载波构建测量矩阵。
[0029]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，所述计算所述初始测量矩阵与对应导频上的观测值之间的相关值，以获取最大相关值对应的到达及离开角，包括：
[0030]依次计算每个子载波上的初始测量矩阵与对应导频上观测值的相关值并求和，作为所述初始测量矩阵在每一列上与对应导频上的观测值之间的相关值，并从中确定出最大相关值对应的一列，以获取所述最大相关值对应的到达及离开角。
[0031]根据本专利技术提供的一种信号信道估计方法，以所述到达及离开角为中心，对周围局部角度空间进行量化，以获取周围局部角度空间对应的局部测量矩阵，包括：
[0032]以所述到达及离开角为中心，迭代更新周围局部角度空间内的到达及离开角，并获取每个更新后的到达及离开角，直至迭代收敛，输出局部到达及离开角；
[0033]基于所述局部到达及离开角，为信道在频域上各个子载波重新构建局部测量矩阵。
[0034]第二方面，本专利技术还提供一种信道估计装置，包括：
[0035]信号采集单元，用于根据波束对扫描结果构建测量矩阵；
[0036]信号分析单元，用于基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间的高维原始信道。
[0037]第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述信道估计方法的步骤。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信道估计方法，其特征在于，包括：根据波束对扫描结果构建测量矩阵；基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间的高维原始信道。2.根据权利要求1所述的信道估计方法，其特征在于，所述根据波束对扫描结果构建测量矩阵，包括：步骤1，通过波束对扫描，遍历用于基站与用户终端通信的所有可能的波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度；步骤2，由所述接收信号强度大于第一阈值的波束对，组合构造初始到达及离开角集合，并确定每个子载波上的测量矩阵。3.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述基于自适应压缩感知技术，利用所述测量矩阵，预测出基站和用户终端之间的高维原始信道，包括：步骤3，计算所述初始测量矩阵与对应导频上的观测值之间的相关值，以获取最大相关值对应的到达及离开角；步骤4，以所述到达及离开角为中心，对周围局部角度空间进行量化，以获取周围局部角度空间对应的局部测量矩阵；步骤5，重新计算所述局部测量矩阵与对应导频上的观测值之间的相关值，以确定获取最大相关值对应的新到达及离开角；步骤6，根据所述新到达及离开角与所述到达及离开角，确定角度偏移量；步骤7，在所述初始到达及离开角集合中引入所述角度偏移量，并更新所述初始测量矩阵；步骤8，迭代执行上述步骤3
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步骤7，直至相邻两次迭代过程中计算到的相关值之差小于第二阈值，获取目标到达及离开角，以确定所述目标到达及离开角对应的目标径；步骤9：从所有可能的波束对组合中去掉所述目标径对应的波束对，由剩余的波束对重新组成所述波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度；步骤10：迭代执行上述步骤2
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步骤9，直至获取所述波束对组合对应的所有目标径，以及各目标径对应的目标到达及离开角和天线阵列响应集合；步骤11：根据各目标径对应的目标到达及离开角和天线阵列响应集合，计算各目标径对应的复增益和原始信道，以组建所述高维原始信道。4.根据权利要求2所述的信道估计方法，其特征在于，所述通过波束对扫描，遍历用于基站与用户终端通信的所有可能的波束对组合，并确定所述波束对组合中每组波束对方向上导频信号的接收信号强度，包括：在用户终端初始接入阶段，位于基站侧的基带导频发送初始信号并经模拟预编码向量进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹谱，田永清，张志龙，尹长川，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：