[发明专利]一种基于和差波束测角法的信道估计方法

权利要求书

1.一种基于和差波束测角法的信道估计方法，该方法基于部分连接式的模数混合大规模阵列天线系统，在有限射频链路数目限制下完成对大规模阵列天线系统信道矩阵的重建，其特征在于，所述的信道估计方法包括：

多径角度估计阶段：首先，利用波束扫描完成多径角度的初始估计，受限于天线阵元的数目，初始的角度估计只能保证较低的估计精度；其次，利用和差波束算法完成精确的路径角度估计；

多径路径增益估计阶段：在上一阶段的基础上，将信道矩阵转化为多径角度信息与路径增益信息的乘积，进而利用最小二乘法完成对路径增益的估计，最终完成信道矩阵的重建；

所述的方法具体包括以下步骤：

步骤1)生成可以覆盖整个角度空间的波束赋形码本，其中包含N个波束赋形权重c_n；

其中表示第n个赋形权重的指向角度，d表示天线阵列的阵元间距，λ表示载波的波长，N表示天线阵元的天线数目；

步骤2)基站的M个子天线阵列从步骤1)生成的码本中各自选择一个码字作为波束赋形权重，从而产生具有M个指向的波束以接收来波信号；

步骤3)基站将步骤2)重复N/M次，完成整个角度空间的波束扫描；

步骤4)基站根据接收信号能量或信噪比对扫描过的波束进行降序排列；

步骤5)基站根据设定的预设指标筛选出质量最高的波束组，其波束指向角度即为多径角度信息的粗略估计值，波束组的组成个数即为多径数目P；

步骤6)基站从步骤5)获得的多径粗略角度中选择一条路径，利用线性约束最小方差准则，在该方向生成波束，在剩余角度生成零陷，进而获得一组赋形权重：

minwR_sw^H

其中w表示天线阵的赋形向量，R_s表示信号的自相关矩阵，表示约束矩阵，f表示约束系数；

步骤7)基站利用该权重接收信号，并在此基础上利用和差波束测角法完成该路径的精确角度估计：

其中，和信号为y_sum(n)，差信号为y_diff(n)，表示哈德玛乘积，精确角度估计公式为：

其中s代表和权重，d代表差权重，h代表信道矩阵，n代表空间噪声，表示估计第p条路径时的接收信号，为第p条路径的粗略角度；

步骤8)基站将步骤6)—7)重复P次，完成所有路径的精确角度信息估计；

步骤9)基站根据步骤8)得到的精确角度信息，利用最小二乘法完成多径路径增益信息估计：

其中，表示路径增益估计值，表示角度信息的估计矩阵，r_BB表示基带端接收信号；

步骤10)完成信道矩阵重建，完成信道估计：

其中表示所得估计信道。

2.根据权利要求1所述的一种基于和差波束测角法的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述波束赋形码本可根据已知通信系统天线架构的天线构型预先设定，码本精度与天线数目相关。

3.根据权利要求1所述的一种基于和差波束测角法的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤2)中，所述的波束赋形权重对不同的子阵是不同的，且每次均选择尚未被选中过的权重，同时选中的一组权重指向角度距离应尽量大以避免波束间干扰。

4.根据权利要求1所述的一种基于和差波束测角法的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤4)中，波束质量衡量标准为接收信号能量或信噪比。

5.根据权利要求1所述的一种基于和差波束测角法的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤5)中，所述的多径角度信息为根据预设指标挑选得出的权重波束指向角度。

6.根据权利要求1所述的一种基于和差波束测角法的信道估计方法，其特征在于，所述的步骤6)中，线性约束最小方差原则，在指定信号方向生成波束，在干扰角度生成零陷，以消除多径对和差波束测角的影响。