[发明专利]一种低精度全数字架构下窄带毫米波MIMO信道估计方法

说明书

本发明涉及一种低精度全数字架构下窄带毫米波MIMO信道估计方法，属于无线通信信号处理领域，包括：发送端发送相互正交的导频信号；接收端射频链路对模拟接收信号进行低精度量化后得到数字接收信号；利用现有角度域毫米波MIMO信道模型，将毫米波MIMO信道估计问题转化为含噪量化稀疏信号重构问题；首先利用一致性重构准则构造优化问题，估计信道向量支撑集；然后对重构问题进行降维处理，降低计算复杂度；进而计算采样后接收信号的条件期望，得到其最大似然估计；最后对毫米波MIMO信道进行最小二乘估计。与传统信道估计方法相比，本发明根据毫米波MIMO信道在角度域稀疏性的特点进行定制化设计，估计精度更高且计算复杂度更低。

技术领域

本发明属于无线通信信号处理领域，涉及一种低精度全数字架构下窄带毫米波MIMO信道估计方法。

背景技术

随着用户数据流量的激增与可用频谱资源的紧缺，毫米波(mmWave)通信成为下一代移动通信的关键技术。但是，毫米波具有严重的路径损耗、大气衰减和雨衰，不利于室外长距离传输。毫米波系统通常与大规模多输入多输出(MIMO)架构相结合，用于实现空间复用和波束赋形。大规模MIMO架构具有较大的天线阵列增益用于补偿毫米波信道严重的路径损耗；与此同时，毫米波较短的波长使得同样大小的空间可配备更多的天线阵元。

全数字架构中接收端射频链路的数量与接收天线数量相同，更多的射频链路带来更大的功耗。模数转换器(ADC)是射频链路中最耗能的电子器件，且ADC的功耗随分辨率的提高而大幅增加。因此，在接收端使用低分辨率的ADC可极大地降低系统功耗。然而，大规模MIMO架构增大了信道矩阵的维度，传统信道估计方法计算复杂度太高，难以实际应用；并且接收端仅采用低精度接收信号估计信道矩阵，估计精度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低精度全数字架构下窄带毫米波MIMO信道估计方法。该方法将信道估计问题分为两个阶段，第一阶段根据一致性准则，利用量化后接收信号来确定采样后接收信号取值范围的上下界，构造优化问题，估计信道向量的支撑集；第二阶段利用支撑集对信道估计问题进行降维处理，进而使用期望最大算法(EM)估计采样后的接收信号，最后得到信道向量的最小二乘估计。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种低精度全数字架构下窄带毫米波MIMO信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：发送端发送相互正交的导频信号；

S2：接收端射频链路对模拟接收信号进行低精度量化后得到数字接收信号；

S3：接收端根据量化后接收信号r和感知矩阵Φ，构造优化问题，估计等效信道向量h的支撑集

S4：根据估计的支撑集，将稀疏信号重构问题降维，原问题变为：

其中，表示选取集合中对应元素所构成的低维信道向量，表示选取集合中对应列向量所构成的低维感知矩阵；使用期望最大算法EM得到采样后接收信号y的最大似然估计然后计算低维信道向量的最小二乘估计

进一步，在所述步骤S1中，发送端发送导频信号导频信号选取N_t×N_t维Hadamard矩阵的前P列，其中N_t表示发送端天线数量，P表示导频长度；发送端数字预编码矩阵按照以下方式计算：

其中[]_m,n表示矩阵的第m行第n列元素，j表示虚数单位，w表示波长，π表示圆周率，d表示相邻天线阵元之间的间隔。