[发明专利]一种基于原子范数最小化的三维信道参数估计方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于原子范数最小化的三维信道参数估计方法。所述方法根据基站接收到的导频信号和已知的移动台发送的导频信号进行信道参数的估计；已知信道矩阵H[k]中包含了三个拥有范德蒙结构的参数：出发角度AoA、到达角度AoD、和时间延迟，根据毫米波信道的稀疏散射特性，将系统的信道估计问题可以被看做三维的线性谱估计问题，利用ANM的方法以无网格的方式高精度恢复出以上参数；并且利用参数之间的独立性，将三维的ANM信道估计问题分解为二维ANM和一维ANM的估计问题，以降低三维ANM信道估计的算法复杂度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于原子范数最小化的三维信道参数估计方法。

背景技术

毫米波通信是5G相关技术中的研究热点，毫米波通信工作在30-300GHz波段，拥有丰富的带宽资源和高速的数据传输速率。同时毫米波通信也带来了诸多挑战，首先高频段的毫米波通信在大气中的路径损耗极大，其次超高带宽的毫米波通信也造成了频率选择性衰落。为了解决这个问题，可以将毫米波与大规模MIMO(multiple inputmultiple output,MIMO)技术结合起来，使用大规模天线阵列的波束成形增益补偿路径损耗。而天线的尺寸与载波波长呈正比，所以毫米波的短波长利于发送端和接收端布置大规模天线阵列。为了克服频率选择性衰落，可以采用OFDM(orthogonal frequency selective fading,OFDM)技术将宽带信道分成多个并行的平坦子信道。所以毫米波大规模MIMO-OFDM系统是5G无线通信的研究热点。

波束成形技术可以为毫米波大规模MIMO-OFDM系统带来巨大的定向增益，然而波束成形技术需要根据信道状态信息来设计发射波束成形矢量和接收合并矢量。因此，如何准确地估计毫米波大规模MIMO-OFDM系统中的信道状态信息成为值得研究的新挑战。

现有技术中，基于张量分解的方法用于毫米波大规模MIMO-OFDM系统的信道估计，该方法需要在已知信道阶数的前提下才能进行信道估计，而信道阶数需要用其它算法获得，增加了计算量。并且，目前有二维ANM方法应用于窄带的毫米波MIMO-OFDM系统，实际上毫米波带宽很宽，其中时延是一个不能忽略的问题。

综上，毫米波大规模MIMO-OFDM系统的信道估计意义重大，值得研究。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于原子范数最小化的三维信道参数估计方法，运用可分解的三维ANM方法来解决三维的信道估计和信道参数估计问题，能够高精度地得到信道参数并降低计算复杂度。

其中，原子范数最小化(atomic norm minimization,ANM)是一种优化方法，其基本思想是将要估计的信号用已知原子集上的几个原子的简单线性组合表示，并且利用原子的结构提取估计信号中的角度信息。毫米波信道具有多路径稀疏特性，毫米波大规模MIMO-OFDM系统的信道估计可被认为三维(出发角度，到达角度，时延)的线性频谱估计问题，该问题可以利用ANM方法恢复出稀疏信号——信道状态信息。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于原子范数最小化的三维信道参数估计方法，所述方法用于毫米波大规模MIMO-OFDM系统中基站与单个移动台之间的信道参数估计；所述毫米波大规模MIMO-OFDM系统使用子载波来发送数据流；

子载波对应的频率域的信道矩阵包括三个具有范德蒙结构的信道参数：出发角度AoA、到达角度AoD、和时间延迟；根据毫米波信道的稀疏散射特性，将所述毫米波大规模MIMO-OFDM系统的信道参数估计看作三维的线性谱估计，利用原子范数最小化ANM的方法以无网格的方式高精度恢复出所述信道矩阵和信道矩阵的参数；其中，三维的ANM信道估计包括采用二维ANM估计出发角度、到达角度和信道矩阵；采用一维ANM的估计时间延迟和复增益，最后根据估计得到的出发角度、到达角度、时间延迟和复增益，获得完整的信道矩阵。