【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信，具体涉及一种三维毫米波时变信道估计方法及装置。
技术介绍
1、qibo qin，lin gui等人在2018年发表在ieee transactions on vehiculartechnology的《time-varying channel estimation for millimeter wave multiusermimo systems》聚焦于移动场景下时变毫米波信道的信道估计问题。不同于传统静态信道的信道估计问题，该文献考虑了由用户移动引起的多普勒效应。通过利用时变信道上到达角(angles ofarrival，aoas)和离开角(angles of departure，aods)通常比路径增益变化慢的特性，提出了一种新的传输帧结构，其中信道估计被分解为两个独立的阶段。首先在第一个阶段进行aoas/aods估计，然后在第二阶段进行路径增益估计。具体而言，在aoas/aods估计阶段，利用离散长椭球体基扩展模型(discreteprolate spheroidalbasisexpansionmodel，dps-bem)将aoas/aods估计转化为块稀疏恢复问题，然后提出一种自适应角度估计算法(adaptive angle estimation，aae)算法来估计aoas/aods。在路径增益估计阶段，利用上一阶段估计的aoas/aods来进一步估计路径增益。该文献中提出的方法考虑了时变信道下多普勒频移的影响，提出的方案适用于非静态场景下信道估计问题，为未来高速移动场景下的高速率的数据传输提供了一
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种三维毫米波时变信道估计方法及装置。与现有技术相比，本专利技术通过利用线性阵列运动带来的阵列孔径维度的提升，从而实现线性阵列对三维信道的信道估计，降低了计算成本和复杂度。本专利技术还克服了多普勒频移对信道估计的负面影响，显著提升了信道估计的精度、降低了导频开销。
2、本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供的一种三维毫米波时变信道估计方法，包括以下步骤：
4、步骤一、建立一个含有阵列运动的毫米波通信系统；
5、步骤二、建立一个考虑多普勒效应的三维时变信道模型，对阵列运动引起的三维时变信道中合成信号进行分析，合成后方向矩阵的每一列与平面阵列的阵列流形一致，表明运动的线性阵列可形成虚拟的平面阵列；
6、步骤三、通过线性阵列运动实现三维时变信道的稀疏表示；
7、定义量化的aoas集合表示为：
8、
9、其中，和表示量化的μ和γ，gμ和gγ分别表示μ和γ量化的格点数，μ＝[μ1,...,μl]和γ＝[γ1,...,γl]分别表示所有径的变换参数μl和γl的集合，μmax和μmin分别表示μ中的最大值和最小值，γmax和γmin分别表示γ中的最大值和最小值，同时引入偏差和来缩小量化的aoas集合与真实角度之间的差距；
10、连续m个导频信号合成后的接收信号表示为：
11、
12、其中，d(t)表示合成后的信道组合矩阵，表示测量矩阵，ma表示aoas估计阶段导频信号的数量，nrf表示阵列接收器射频链路的数量，表示由量化的aoas集合构成的方向矩阵，表示量化的aoas集合对应的路径增益；
13、步骤四、基于阵列运动的迭代无网格加权算法来恢复三维时变信道；
14、s4.1：aoas估计；
15、先假设偏移量为0，即δμ＝0，δγ＝0；利用正交匹配追踪算法求解aoas，经过omp算法的每次迭代之后，被选出的索引将添加到支持集合s中，选出的aoas为sl表示支持集合s中的第l个元素；再利用最大似然的方法来估计和与真实角度的偏移量即δμs和δγs；设置迭代的学习率，计算每次迭代的似然函数，经过n次迭代得到偏差和aoas的最终估计值和表示为：
16、
17、s4.2：路径增益估计；
18、使用最小二乘法来估计路径增益：
19、
20、最后信道组合矩阵的估计值表示为：
21、
22、其中，表示合成后的方向矩阵的估计值，ysyn(t)表示连续m个导频信号合成后的接收信号，n表示阵列接收器天线阵元的数量，l表示多径分量的数量，m表示采样时刻。
23、进一步的，所述毫米波通信系统中，线性阵列被装载在一个运动的物体上，物体的运动速度为v，阵列与物体运动方向的夹角为α，接收来自路侧单元单天线基站的下行信号。
24、进一步的，所述毫米波通信系统中，假设阵列接收器含有n个天线阵元和nrf个射频链路；在t时刻接收到的信号表示为：
25、y(t)＝wh(t)h(t)x(t)+wh(t)n(t)
26、其中，上角标h表示矩阵的共轭转置；表示信道组合矩阵，矩阵中每个元素的模值均为常数表示信道组合矩阵；x(t)表示在t时刻发送的导频信号；表示均值为零且方差为σ2的加性高斯白噪声向量。
27、进一步的，步骤二中，假设一共含有l个多径分量，信道组合矩阵h(t)表示为：
28、
29、其中，gl表示第l径的信道增益，νl表示由相对运动引起的多普勒频移，a(θl,φl)表示接收天线的导向矢量，θl和φl分别表示第l径入射信号的方位角和俯仰角；对于三维信道而言，接收天线的导向矢量表示为：
30、
31、其中，fl表示第l径含有多普勒频移的信号频率，c表示光速，di(i＝1,2,...,n-1)表示第i+1个天线阵元与第1个天线阵元之间的间距。
32、进一步的，步骤s4.1中，利用最大似然的方法来估计和与真实角度的偏移量，即δμs和δγs，表示为：
33、
34、其中，表示估计的路径增益，表示合成后的方向矩阵的估计值。
35、进一步的，步骤s4.1中，似然函数表示为：
36、
37、其中，g表示合成后的方向矩阵的估计值，tr表示矩阵的迹，表示合成后的接收信号，上角标表示矩阵的伪逆。
38、进一步的，步骤s4.1中，每次迭代过程中，假设第n次迭代的学习率分别为和则第n次迭代得到的偏差和分别为：
39、
40、其中，和分别表示似然函数相对于δμs和δγs求梯度。
41、本专利技术还提供了一种三维毫米波时变信道估计装置，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有可执行指令，所述处理器被配置为执行存储器中可执行指令以实现所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，所述毫米波通信系统中，线性阵列被装载在一个运动的物体上，物体的运动速度为v，阵列与物体运动方向的夹角为α，接收来自路侧单元单天线基站的下行信号。
3.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，所述毫米波通信系统中，假设阵列接收器含有N个天线阵元和NRF个射频链路；在t时刻接收到的信号表示为：
4.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，步骤二中，假设一共含有L个多径分量，信道组合矩阵h(t)表示为：
5.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，步骤S4.1中，利用最大似然的方法来估计和与真实角度的偏移量，即ΔμS和ΔγS，表示为：
6.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，步骤S4.1中，似然函数表示为：
7.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，步骤S4.1
8.一种三维毫米波时变信道估计装置，其特征在于，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有可执行指令，所述处理器被配置为执行存储器中可执行指令以实现权利要求1至7中任意一项所述的一种三维毫米波时变信道估计方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，所述毫米波通信系统中，线性阵列被装载在一个运动的物体上，物体的运动速度为v，阵列与物体运动方向的夹角为α，接收来自路侧单元单天线基站的下行信号。
3.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，所述毫米波通信系统中，假设阵列接收器含有n个天线阵元和nrf个射频链路；在t时刻接收到的信号表示为：
4.根据权利要求1所述的一种三维毫米波时变信道估计方法，其特征在于，步骤二中，假设一共含有l个多径分量，信道组合矩阵h(t)表示为：
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：张治，赵睿哲，褚建红，宿天姝，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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