[发明专利]一种基于GAMP的毫米波信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于GAMP的毫米波信道估计方法，步骤如下：(1)，基于毫米波信道波束空间稀疏性，采用波束选择方法来选择出部分有效波束；(2)，采用GAMP算法解决毫米波信道估计问题。本发明首先基于毫米波信道波束空间稀疏性，提出了一种波束选择方法，可从波束空间中选择出在通信过程中有贡献的那一部分波束，所选波束对应的信道系数即为待估计信道系数。然后，针对待估计信道系数，采用拉普拉斯分布进行稀疏约束，将信道估计问题转化为稀疏信号重建问题。之后进一步分析了待估计信道系数的方差，根据该方差设计了拉普拉斯分布的尺度参数。最后在此基础上，采用GAMP算法对信道估计问题进行求解。本发明在估计精度和计算复杂度方面具有明显优势。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于毫米波大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)混合处理系统的信道估计方法。

背景技术

在波束域对毫米波信道进行建模，毫米波信道估计可以转化为从一组噪声线性测量值中重建稀疏信号的问题。近年来，基于贝叶斯和置信度传播的近似消息传递(Approximate Message Passing,AMP)算法通过在观测值与重构系数之间传递概率消息来重构信号，被广泛应用于毫米波大规模MIMO系统中，以此解决稀疏信道的估计问题。然而，AMP算法只能解决线性问题，且其性能取决于稀疏信号的分布情况。广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)算法是AMP算法的推广，它可以与任意先验分布相结合，解决线性与非线性问题，在实践中具有更大的应用空间。

在现有技术中，信道估计方法一般都是对所有的信道系数进行估计，而从实际角度来看，由于波束域中毫米波信道具有稀疏性，所有信道系数中只有一部分值有实际意义，这意味着估计整个信道不是必要的。基于此，本发明提出只对波束空间中有效波束所对应的信道系数进行估计的方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明根据毫米波大规模MIMO混合处理系统，提出了一种基于GAMP的毫米波信道估计方法。本发明首先基于波束空间上信道的稀疏性，选择出部分有效波束，该部分波束对应的波束空间信道系数即为待估计信道系数，并将余下未选择的信道系数置零；接着基于阵列响应的相关特性，将待估计信道系数建模为拉普拉斯分布；最后采用GAMP算法来重建这一部分的信道系数，以此解决信道估计问题。本发明估计精度高，且有效降低了算法的计算复杂度。

本发明的应用场景如下：

发射端与接收端均采用混合波束成形结构的毫米波大规模MIMO通信系统；收发端天线阵列为均匀线性阵(Uniform Linear Array,ULA)，包含几十或几百根天线。

考虑一个毫米波大规模MIMO混合处理系统，如图1所示。假设发射端天线数为N_t，接收端天线数为N_r，两端都配备有N_RF条射频(Ratio Frequency,RF)链路，且N_RF≤min(N_t,N_r)。

和分别表示发射端和接收端的导频波束模式，通常有和假设和N_RF成倍数关系。

接收端完成所有导频序列的接收后，得到总的接收信号矩阵其中，则当N_p＜N_RF时Y可表示为

Y＝W^HHFB+N (1)

其中，表示毫米波信道，和分别表示发射端和接收端总的波束训练矩阵，表示接收端总的噪声矩阵；导频矩阵是一个分块对角矩阵，其中设定当时，当时，其中P为导频功率，且