[发明专利]一种基于压缩感知的多用户时变毫米波信道估计方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的多用户时变毫米波信道估计方法。本发明提出了一种在时变毫米波信道中利用信道的稀疏特性采用压缩感知降低导频开销来进行多用户信道估计的方法，利用毫米波信道的稀疏特性，采用压缩感知的方法是原本欠定的方程变得可解，大大减小了导频的开销。在整个过程中，不同用户采用不同的编码方式，使得在基站端可以进行多用户的区分。同时，利用对不同用户的测量矩阵分别采用块稀疏的方式，保留了时变信道动态变化的信息，有效提高了用户在角度估计和增益估计过程中的精确度。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于压缩感知的多用户时变毫米波信道估计方法。

背景技术

到目前为止，许多关于毫米波信道估计的研究都是基于静态非时变信道进行的，并没有将由用户移动产生的多普勒频移对系统的影响考虑进去。当用户快速移动时，由于信道相干时间与载波频率呈线性关系，因此毫米波信道的变化速度会比目前的蜂窝系统快得多。这表明时变毫米波信道的状态信息需要频繁更新，由此会产生大量的导频开销，造成频谱利用率的降低。

考虑一个典型的上行窄带毫米波多用户MIMO系统如图1所示。基站端有N_R根天线，个射频链，其中用来支持N_UE个用户之间的通信。每个用户有N_T根天线和个射频链，其中不失一般性，假设基站和每个用户之间通过一个数据流进行通信，由此可以得到基站端射频链的数目与用户数目相等，即由于毫米波频段的信号会经历严重的路径损耗且对周围环境的反射较少，因此多径数通常较小。此处，考虑莱斯衰落信道，该信道由一条LOS径和多条NLOS径组成，径增益服从互相独立且均值为零的复高斯分布，令K_factor代表LOS径与NLOS径功率的比值。针对上述模型，假设基站与第k个用户之间存在L_k个多径分量，则在第m个时刻，第k个用户的信道矩阵H_k[m]可以被表示为：

其中，A^H表示矩阵A的共轭转置，表示第k个用户第l条径的复信道增益，表示第k个用户第l条径的多普勒频移，T_s代表系统的采样间隔，表示第k个用户第l条径对应的AOA，表示第k个用户第l条径对应的AOA，表示第k个用户第l条径AOA对应的导向矢量，表示第k个用户第l条径AOD对应的导向矢量。为了简化，采用均匀线阵，则导向矢量可以分别表示为和λ为序号波长，d是相邻阵元的间距，通常取d＝λ/2。

根据上述公式1可知，信道随时间的推移在不断发生变化，要想准确估计出信道，需要频繁地进行信道估计，导致导频开销增大。

发明内容

针对上述问题，为了克服时变毫米波信道估计过程中导频开销大的缺陷，本发明提出了一种在时变毫米波信道中利用信道的稀疏特性采用压缩感知降低导频开销来进行多用户信道估计的方法。此处还提出一种新的上行链路传输帧结构，如图2所示；由图可知，该帧结构的持续时间为T_a，它由两部分组成：第一部分是AOAs/AODs的训练子帧，持续时间为M_AT_s；第二部分由多个增益训练子帧组成，每一个增益训练子帧的持续时间为(M_P+M_D)T_s。此处，T_s为符号持续时间，M_A为一个AOAs/AODs训练子帧所包含的导频数，M_p和M_D分别为一个增益训练子帧用于增益训练的导频数和发送的数据数。