[发明专利]基于低秩张量分解的MIMO-OFDM系统毫米波信道估计方法

摘要

本发明属于毫米波通信(millimeter wave communication)技术领域，特别涉及一种利用张量的低秩CANDECOMP/PARAFAC分解(CP分解)来联合估计下行链路信道的算法。本发明提供一种基于低秩张量分解的MIMO‑OFDM系统毫米波信道估计方法。本发明将基站接收到的信号构造成一个三阶张量，此张量存在CP分解，并且根据毫米波信道的稀疏散射性质，张量内在的低秩性保证了CP分解的唯一性，因此通过CP分解，张量可以唯一地分解成一系列一阶张量的线性组合，然后通过分解后的因子矩阵即可估计信道相关参数，如到达相位，时延，衰落系数等。

主权项

1.一种基于低秩张量分解的MIMO‑OFDM系统毫米波信道估计方法，具体步骤如下：S1、将接收到的信号构造成张量，具体如下：假设F_k(t)＝F(t)，s_k(t)＝s(t)，则接收信号可以表示为：Y_k＝Q^TH_kP+W_k，其中，在每个时间帧，移动台端MS用M个射频链路的组合向量{q_m}来检测传输信号，噪声矢量矩阵p(t)＝F_RF(t)F(t)s(t)，代表与第k个子载波相关的信道矩阵，t＝1,2,...,T，代表所有子载波的RF编码器，F_k(t)表示第k个子载波的数字预编码矩阵，s_k(t)表示导频符号向量，p(t)表示时间帧与子载波相关联的波束形成的向量；将接收信号写成一个三阶的张量则接收矩阵的表达式如下：其中，代表第k个子载波第l条路径的路径增益，和分别表示移动台和基站端的天线阵列回应向量；根据以上分析，张量Y可以表示为以下一阶张量的和：其中，表示矢量积，{A,B,C}是张量y的三个因子矩阵；S2、对S1中张量进行CP分解，具体步骤如下：S21、若路径数量L已知，则张量Y的CP分解可以转换为如下一个优化问题：所述优化问题通过自适应的最小二乘法解决，具体迭代形式如下：其中，⊙表示Khatri‑Rao积；S22、若路径数量L不可知，则具体迭代形式如下：使用迭代最小二乘算法即可对三个参数矩阵进行估计；S3、利用估计信道参数，具体为：令为估计得到的值，所述间与实际A、B、C间的满足如下等式：其中，Λ₁、Λ₂、Λ₃为非奇异对角阵，且Λ₁Λ₂Λ₃＝I；Π为一置换矩阵，E1、E2、E2分别为三个参数矩阵的估计误差；由于A的每一列由信号的到达角θ_l构成，因此θ_l可通过一个简单的基于自相关的方法估计得到同理，其他两个参数也可通过同样的方法估计，具体表达式为其中，分别为矩阵的第l列；将得到的带入式即可得到Λ₁、Λ₂的估计值，再利用性质Λ₁Λ₂Λ₃＝I可获得Λ₃的估计值，最后可获得{α₁}的估计值。