毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法
专利汇可以提供毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于无线通信技术领域，涉及一种毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法。本发明基于波束空间中的信道稀疏性，首先将信道估计放到稀疏 信号 恢复的 框架 中，第一步利用OMP 算法 获得信道的粗略估计，也就是只保留 稀疏信号 中几个具有较大绝对幅值的元素，其次基于 期望最大化算法 来学习框架中的相关参数，利用估计的参数，可以通过简单的替换获得信道估计。相较基于支持检测、SCAMPI的算法，本发明所提出的方案可以充分有效地利用信道响应的特性从而实现更好的估计性能，并且相比单纯的基于期望最大化的算法，该方案具有更低的复杂度且性能也更具优势。，下面是毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法专利的具体信息内容。
1.毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法，所述MIMO系统的基站配备有三维透镜天线阵列，透镜长度和高度分别为Dy和Dz，并将M×N天线阵列置于透镜焦平面上，MN根天线通过Q×MN的选择网络W与Q个射频链相连，即基站利用网络 检测接收信号y；
其特征在于，所述信道估计方法包括以下步骤：
S1、将信道h表示为字典D中原子的线性组合，具体为：令入射平面波方位角和入射平面波仰角 在[-1,1]均匀采样P个网格点S＝{-1+1/P,-1+3/P,...,(P-1)/P}，字典D中的第p个原子D(:,p)记为v(sp1,sp2)，v(·)表示矢量化，sn表示S的第n个元素，p＝p1+(p2-1)P且1≤p1，p2≤P，此时字典的维度为MN×P2，信道h为：
由于多径数L有限，因此信号x是稀疏的；将接收信号记为：
n为噪声矢量，测量矩阵
S2、基于OMP算法对稀疏信号x进行粗略估计得到 并保留其中I个绝对幅值最大的元素及其位置，其中I大于L但远小于P2；OMP算法的具体实现步骤如下：
1)、初始化：接收信号r0＝r，索引合集 迭代次数t＝1， 表示空集；
2)、找到第t次迭代的索引λt： a'j代表矩阵A'的第j列；
3)、令Λt＝Λt-1∪{λt}， 表示测量矩阵A'的第λt列，A't表示按索引Λt选出的矩阵A'的列集合；
4)、求r＝A'txt+n的最小二乘解：
5)、更新残差：
6)、t＝t+1，若t小于等于I，则返回步骤2；
7)、得到重构的 在Λt处有非零项，其值分别为最后一步迭代得到的
S3、对S1中的字典进行细化，记信道响应矢量为：
其中，s1、s2表示S中离 最近的格子点，
δy、δz表示 的离散化误差，d(s1,s2)＝v(s1,s2)，dy(s1,s2)和dz(s1,s2)分别是 对求导后在s1、s2处的值；基于此，步骤S1中的字典D转换为3个MN×P2的稀疏使能字典D，Dy，Dz且D(:,p)＝d(sp1,sp2)，Dy(:,p)＝dy(sp1,sp2)，Dz(:,p)＝dz(sp1,sp2)，信道另记为：
T T
其中， 且δy＝[δy,1,δy,2,...,δy,P]， 且δz＝[δz,1,δz,2,...,δz,P]，IP表示长度为P的单位列向量，由于信道只有L条多径，δy、δz只有L个非零元，若(sp1,sp2)是离最近的格子点，则 否则δy,p1＝0、δz,p2＝0且1≤
p1，p2≤P；
根据步骤S2中确定的I个非零元的位置Iloc，保留字典D，Dy，Dz中的相应列得到降维字典且 以及保留参数δ1、δ2中的相应元
素得到新的参数 接收信号记为：
S4、通过期望最大化算法对降维信号 进行细化估计：
S41、计算信号 的后验分布均值和方差
假设信号 中每个元素服从均值为0，方差为 的相同复高斯分布，且α＝[α1,α2,…,αI]T；噪声n中每个元素服从均值为0，方差为β-1的相同复高斯分布；因此，利用信号 的先验概率 和条件概率 并基于期望最大化算法可得信号 的后验概率为：
其中，||·||表示表示向量的二范数，<·>q(n)表示相对于高斯噪声后验分布q(n)的期望，(·)H表示共轭转置，协方差矩阵 后验均值 Ddiag＝diag
(α)表示对角线上为矢量α的对角阵；
S42、更新参数α、β、
通过最大化完全似然函数 来实现参数的更新：
上式分别对αl、β求导并令其一阶导数为0，得到参数αl、β的更新公式：
相对参数 最大化完全似然函数也就是最小化函数
为了便于表示，将Φ另记为
其中， 此时目
标函数 中的两项可分别表示为：
其中，(·)*、(·)T分别代表共轭和转置符号， 表示对变量取实部，⊙表示Hadamard积；
综合以上两式，最终得到目标函数 为：
其中，
E、
F、G、U、V只是作为中间变量方便公式的表示，没有物理含义；基于式(17)分别对 求导，得到参数 的更新公式：
对于 中的任意一个元素 有以下限制：当 时， 当
时， 当 时，
S43、迭代步骤S41、S42直到循环结束条件：迭代次数大于等于N或
其中N表示最大迭代次数， 代表第n次迭代的后验均值；
S5、信道估计值的获取：
根据参数 的估计值及信号 的后验均值，基于
得到信道h的估计值。
毫米波大规模MIMO系统的波束空间信道估计方法
技术领域
背景技术
发明内容
v(s1,s2)，dy(s1,s2)和dz(s1,s2)分别是 对 求导后在s1、s2处的值。基于此，步骤S1中的字典D转换为3个MN×P2的稀疏使能字典D，Dy，Dz且D(:,p)＝d(sp1,sp2)，Dy(:,p)＝dy(sp1,sp2)，Dz(:,p)＝dz(sp1,sp2)，sn表示S的第n个元素，p＝p1+(p2-1)P且1≤p1，p2≤P。基于此，信道可另记为：
标函数 中的两项可分别表示为：
F、G、U、V只是作为中间变量方便公式的表示，没有特殊含义。基于式(17)分别对 求导，得到参数 的更新公式：
具体实施方式
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