【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線通信，具體涉及一種三維毫米波時變信道估計方法及裝置。
技術介紹
1、qibo?qin，lin?gui等人在2018年發表在ieee?transactions?on?vehiculartechnology的《time-varying?channel?estimation?for?millimeter?wave?multiusermimo?systems》聚焦于移動場景下時變毫米波信道的信道估計問題。不同于傳統靜態信道的信道估計問題，該文獻考慮了由用戶移動引起的多普勒效應。通過利用時變信道上到達角(angles?ofarrival，aoas)和離開角(angles?of?departure，aods)通常比路徑增益變化慢的特性，提出了一種新的傳輸幀結構，其中信道估計被分解為兩個獨立的階段。首先在第一個階段進行aoas/aods估計，然后在第二階段進行路徑增益估計。具體而言，在aoas/aods估計階段，利用離散長橢球體基擴展模型(discreteprolate?spheroidalbasisexpansionmodel，dps-bem)將aoas/aods估計轉化為塊稀疏恢復問題，然后提出一種自適應角度估計算法(adaptive?angle?estimation，aae)算法來估計aoas/aods。在路徑增益估計階段，利用上一階段估計的aoas/aods來進一步估計路徑增益。該文獻中提出的方法考慮了時變信道下多普勒頻移的影響，提出的方案適用于非靜態場景下信道估計問題，為未來高速移動場景下的高速率的數據傳輸提供了一
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種三維毫米波時變信道估計方法及裝置。與現有技術相比，本專利技術通過利用線性陣列運動帶來的陣列孔徑維度的提升，從而實現線性陣列對三維信道的信道估計，降低了計算成本和復雜度。本專利技術還克服了多普勒頻移對信道估計的負面影響，顯著提升了信道估計的精度、降低了導頻開銷。
2、本專利技術為解決技術問題所采用的技術方案如下：
3、本專利技術提供的一種三維毫米波時變信道估計方法，包括以下步驟：
4、步驟一、建立一個含有陣列運動的毫米波通信系統；
5、步驟二、建立一個考慮多普勒效應的三維時變信道模型，對陣列運動引起的三維時變信道中合成信號進行分析，合成后方向矩陣的每一列與平面陣列的陣列流形一致，表明運動的線性陣列可形成虛擬的平面陣列；
6、步驟三、通過線性陣列運動實現三維時變信道的稀疏表示；
7、定義量化的aoas集合表示為：
8、
9、其中，和表示量化的μ和γ，gμ和gγ分別表示μ和γ量化的格點數，μ＝[μ1,...,μl]和γ＝[γ1,...,γl]分別表示所有徑的變換參數μl和γl的集合，μmax和μmin分別表示μ中的最大值和最小值，γmax和γmin分別表示γ中的最大值和最小值，同時引入偏差和來縮小量化的aoas集合與真實角度之間的差距；
10、連續m個導頻信號合成后的接收信號表示為：
11、
12、其中，d(t)表示合成后的信道組合矩陣，表示測量矩陣，ma表示aoas估計階段導頻信號的數量，nrf表示陣列接收器射頻鏈路的數量，表示由量化的aoas集合構成的方向矩陣，表示量化的aoas集合對應的路徑增益；
13、步驟四、基于陣列運動的迭代無網格加權算法來恢復三維時變信道；
14、s4.1：aoas估計；
15、先假設偏移量為0，即δμ＝0，δγ＝0；利用正交匹配追蹤算法求解aoas，經過omp算法的每次迭代之后，被選出的索引將添加到支持集合s中，選出的aoas為sl表示支持集合s中的第l個元素；再利用最大似然的方法來估計和與真實角度的偏移量即δμs和δγs；設置迭代的學習率，計算每次迭代的似然函數，經過n次迭代得到偏差和aoas的最終估計值和表示為：
16、
17、s4.2：路徑增益估計；
18、使用最小二乘法來估計路徑增益：
19、
20、最后信道組合矩陣的估計值表示為：
21、
22、其中，表示合成后的方向矩陣的估計值，ysyn(t)表示連續m個導頻信號合成后的接收信號，n表示陣列接收器天線陣元的數量，l表示多徑分量的數量，m表示采樣時刻。
23、進一步的，所述毫米波通信系統中，線性陣列被裝載在一個運動的物體上，物體的運動速度為v，陣列與物體運動方向的夾角為α，接收來自路側單元單天線基站的下行信號。
24、進一步的，所述毫米波通信系統中，假設陣列接收器含有n個天線陣元和nrf個射頻鏈路；在t時刻接收到的信號表示為：
25、y(t)＝wh(t)h(t)x(t)+wh(t)n(t)
26、其中，上角標h表示矩陣的共軛轉置；表示信道組合矩陣，矩陣中每個元素的模值均為常數表示信道組合矩陣；x(t)表示在t時刻發送的導頻信號；表示均值為零且方差為σ2的加性高斯白噪聲向量。
27、進一步的，步驟二中，假設一共含有l個多徑分量，信道組合矩陣h(t)表示為：
28、
29、其中，gl表示第l徑的信道增益，νl表示由相對運動引起的多普勒頻移，a(θl,φl)表示接收天線的導向矢量，θl和φl分別表示第l徑入射信號的方位角和俯仰角；對于三維信道而言，接收天線的導向矢量表示為：
30、
31、其中，fl表示第l徑含有多普勒頻移的信號頻率，c表示光速，di(i＝1,2,...,n-1)表示第i+1個天線陣元與第1個天線陣元之間的間距。
32、進一步的，步驟s4.1中，利用最大似然的方法來估計和與真實角度的偏移量，即δμs和δγs，表示為：
33、
34、其中，表示估計的路徑增益，表示合成后的方向矩陣的估計值。
35、進一步的，步驟s4.1中，似然函數表示為：
36、
37、其中，g表示合成后的方向矩陣的估計值，tr表示矩陣的跡，表示合成后的接收信號，上角標表示矩陣的偽逆。
38、進一步的，步驟s4.1中，每次迭代過程中，假設第n次迭代的學習率分別為和則第n次迭代得到的偏差和分別為：
39、
40、其中，和分別表示似然函數相對于δμs和δγs求梯度。
41、本專利技術還提供了一種三維毫米波時變信道估計裝置，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有可執行指令，所述處理器被配置為執行存儲器中可執行指令以實現所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，所述毫米波通信系統中，線性陣列被裝載在一個運動的物體上，物體的運動速度為v，陣列與物體運動方向的夾角為α，接收來自路側單元單天線基站的下行信號。
3.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，所述毫米波通信系統中，假設陣列接收器含有N個天線陣元和NRF個射頻鏈路；在t時刻接收到的信號表示為：
4.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，步驟二中，假設一共含有L個多徑分量，信道組合矩陣h(t)表示為：
5.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，步驟S4.1中，利用最大似然的方法來估計和與真實角度的偏移量，即ΔμS和ΔγS，表示為：
6.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，步驟S4.1中，似然函數表示為：
7.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，步驟S4.1
8.一種三維毫米波時變信道估計裝置，其特征在于，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有可執行指令，所述處理器被配置為執行存儲器中可執行指令以實現權利要求1至7中任意一項所述的一種三維毫米波時變信道估計方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，所述毫米波通信系統中，線性陣列被裝載在一個運動的物體上，物體的運動速度為v，陣列與物體運動方向的夾角為α，接收來自路側單元單天線基站的下行信號。
3.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，所述毫米波通信系統中，假設陣列接收器含有n個天線陣元和nrf個射頻鏈路；在t時刻接收到的信號表示為：
4.根據權利要求1所述的一種三維毫米波時變信道估計方法，其特征在于，步驟二中，假設一共含有l個多徑分量，信道組合矩陣h(t)表示為：
5.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張治，趙睿哲，褚建紅，宿天姝，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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