[发明专利]基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及接收端配备二维天线阵列的MIMO-OFDM无线通信系统，特别涉及基于压缩感知理论的MIMO-OFDM系统信道估计问题。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术在发射端和接收端配置多副天线，通过与复用技术或分集技术等的结合，充分利用散射信道的多径特性，在空间传输多路独立、并行的数据流，在不增加系统带宽的情况下，成倍地提高无线通信系统容量和链路可靠性，提高了系统的传输速率。因此，MIMO技术受到广泛关注，被认为是现代无线通信的一个重大突破和未来无线通信必然采用的关键技术之一。为了满足日益增长的用户数据需求，天线配置数目不断增加，如大规模MIMO系统，而二维天线阵列将是该系统天线配置的合理选择。

正交频分复用(OFDM)是一种正交多载波调制技术，具有高效的频谱利用率。随着无线通信的发展，为了满足人们对高速率业务日益增长的需求，系统带宽不断增加，信道的频率选择性愈发突出，传统的均衡技术不仅复杂度高，而且难以完全消除多径衰落信道所引起的码间干扰。OFDM系统将宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道，有效的解决码间串扰的问题，在实现高速数据传输等方面具有独特的优势。因此，基于MIMO和OFDM的系统构架应运而生。

压缩感知，又称压缩采样，是一个新的采样理论，通过开发信号的稀疏特性，在远小于Nyquist采样率的条件下，用随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法完美的重建信号。由于在实际的散射环境中，对于宽带信号，无线信道往往由几条主要的路径构成，因此可以将无线信道视为一个时延域稀疏信道，利用压缩感知理论可以以较少的导频数目估计出信道响应。同时，由于用户到基站端天线阵列的入射角度个数是有限的，所以开发信道在角度域的稀疏性，同样可以利用压缩感知理论来获得信道的估计。

发明内容

技术问题：本发明提供一种有效地减少导频数目，具有更高估计分辨率的基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道估计方法。

技术方案：本发明的基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道估计方法，包括以下步骤：

a)利用最小二乘准则，获得每个导频子载波上信道频域响应向量的初始估计值；

b)利用所述步骤a)中得到的信道频域响应向量的初始估计值在时延域的稀疏性，基于压缩感知理论估计信道每个路径的延时和每个路径的信道时域响应向量的估计值；

c)利用所述步骤b)中估计的信道时域响应向量的估计值在二维角度域的稀疏性，基于压缩感知理论估计信道每个路径的入射角，所述入射角包括垂直俯仰角和水平方位角；

d)利用所述步骤a)中得到的信道频域响应向量的初始估计值、步骤b)中估计出的每个路径的延时、步骤c)估计出的每个路径的入射角，采用最小二乘准则，估计信道每个路径的增益系数；

e)将所述步骤b)中估计的每个路径的延时、步骤c)估计出的每个路径的入射角和步骤d)中所估计的每个路径的增益系数，代入信道频域响应的多径信道模型，获得所有子载波、所有天线上的信道频域响应的估计值。

本发明方法的优选方案中，步骤b)的具体流程为：

首先，将信道路径延时在0到最大路径延时之间均匀离散化，得到最小延时间隔为Δτ和离散后的路径个数为N_τ，利用信道频域响应和信道时域响应的傅里叶变换关系，将每个子载波上的信道频域响应向量表示为基向量与信道时域矩阵的乘积。

其次，将所有导频子载波上的信道频域响应向量的初始估计值按顺序排列成一个矩阵，记为信道频域矩阵；将所有基向量按照相同的顺序排列成一个矩阵，记为投影矩阵；从而将信道频域矩阵估计值表示为：

H~=ΞA+W---(12)]]>

其中，表示信道频域矩阵估计值，Ξ为投影矩阵，A为信道时域矩阵，W为噪声矩阵；