[发明专利]一种针对量化接收信号的多天线毫米波信道估计方法

说明书

本发明公开了针对量化毫米波多天线信道提出了基于最小均方误差的信道估计方法，该方案可以在接收端接收信号被量化的情况下，实现基于最小均方误差的信道估计，并且该估计方法同时利用EM算法，使得信道估计算法不依赖准确已知信道的统计信息。本发明充分考虑了接收端量化操作对信道估计的影响，并对其进行数学建模。在应用中，只需已知信道服从的概率模型，即可利用提出的迭代算法同时实现信道和概率模型参数的联合估计。本发明的优点在于无需准确知道信道的统计信息，只需知道服从的概率分布类型，然后通过EM算法实现概率分布参数和信道的联合估计，这一优点使得所提出的信道估计方案具有较广的应用场景和较强的鲁棒性，从而保证无线通信系统的稳定性。

技术领域

本发明设计无线通信和信号处理系统，特别涉及一种适用于信道信息不确定环境下的无线通信系统。

背景技术

毫米波段无线通信可以有效解决当前无线通信频谱稀缺的困境，已经成为未来无线通信的研究热点。毫米波段未被规划的频谱带宽宽，可很好提升整个无线网络的网络容量，特别是结合大规模天线技术之后。但是，毫米波段和传统的低频波段不同，通常来说，毫米波段的信号传输要求无线通信接收机具有较高的采样频谱，以获得无失真的接收信号。然而，随着采样频谱的增加，模数转化器的功率消耗会急剧上升。同时，高精度的模数转化器，即表征每个量化数值的比特数较多的模数转化器，也会很大程度上提高接收机的功率消耗。而这一缺陷在接收端使用大规模天线的时候尤为明显。

针对毫米波通信的这一缺陷，在接收端采用低比特量化可有效缓解上述不足。所谓的低比特量化旨在用少量的比特来表征接收端采样之后的离散信号。由于信号的低比特量化过程是一个非线性过程，其对相应的物理层设计会产生极大的影响，特别是信道估计。由于信道估计中发送端发送导频信号和接收信号之间不只是简单的线性相乘关系，而是一个非线性的函数。因此如何对这个非线性函数进行建模，是整个信道估计的关键。

同时，信道的准确统计信道一般难以获得，如果在进行信道估计同时进行信道统计信息估计也是毫米波通信信道估计的又一重要难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种适合于毫米波场景下利用量化接收信号进行信道估计的方法。

技术方案

本发明方法实现过程包括：

一、建立多天线信道模型，定义为H毫米波通信信道矩阵，其可以表示为H＝B_rXB_t。

二、将接收量化信号Y＝Q(HT+N)转化为

三、线性近似量化接收信号为且这里F＝(1-ρ)I。

四、在已知给定信道变量x统计信息的条件下，通过对量化接收信号的量化效应进行线性化建模，基于最小均方误差方法，进行信道估计。

五、利用估计到的信道x，利用EM算法进行信道统计信息估计。

六、交替迭代第四、五两步，直至收敛，获得最终估计

七、将估计向量转化为矩阵得到估计信道

具体的说明，如下：

本发明的基于量化信号的毫米波多天线信道估计方法，可在未知信道统计信息状态下，实现信道的最小均方误差估计。

所述的多天线信道模型，是针对毫米波通信信道的特点，将其建模为一个随机信道矩阵和两个方向矩阵的乘积。其中，这里一个为左方向矩阵，一个为右方向矩阵。

所述的将量化信号Y进行转化操作，其目的在于将矩阵信号表达转化为向量表达，以用于后续基于最小均方误差的信道求解。

所述的最小均方误差信道估计，是指在已知信道统计信息条件下，将信道估计建模成以信道x为变量，以最小化均方误差为目标的优化问题，以获得信道线性估计。