毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法。本發(fā)明一方面利用毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中的波束空間來估計所有終端的波達角。另一方面利用波達角估計和接收到的導頻符號估計路徑損耗。波束空間的基本原理是根據(jù)特定的波達角對應的陣列響應向量之間的正交性，利用這些向量組成向量空間的一組正交基。利用這組正交基與接收的信號做相關(guān)計算，根據(jù)相關(guān)值估算所有終端的波達角。利用選出的正交基把接收信號的維度大幅度降低，從而只需要根據(jù)降低維度的信號估計終端的波達角，把這些波達角估計作為精細估計。本發(fā)明降低了波達角估計的計算復雜度，有效避免了干擾。
【專利說明】
毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波 束空間的信道估計方法，確切地說，是一種估計終端到基站的波達角和路徑損耗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的不斷增長，現(xiàn)在采用的蜂窩無線通信頻帶(800MHz到2GHz)已經(jīng)難 以滿足系統(tǒng)對和速率的需求。通過提高系統(tǒng)工作頻率到20GHZ以上，即采用毫米波通信，可 以有效解決目前頻帶擁擠的現(xiàn)狀。同時，毫米波系統(tǒng)中，天線的長度可以縮短，相應的可以 增加基站的天線數(shù)量，可以極大地提高系統(tǒng)的分集增益和復用增益，這就形成了大規(guī)模多 天線系統(tǒng)。在毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中，基站配置了成百上千根天線，每個終端只配置一 根天線，采用時分雙工，所有的信號處理，包括信道估計、信號檢測和信號預編碼都在基站 處理，降低用戶終端的計算負擔。根據(jù)毫米波的傳播特性，每個終端到基站的信道由一條直 射路徑和多條反射路徑組成，其中反射路徑的傳播損耗相對直射路徑的傳播損耗要高得 多。因此，毫米波傳播的信道可以近似表示為直射路徑對應的信道(參見圖1所示）。在毫米 波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中，基站需要知道信道信息，利用信道信息進行信號檢測和信號預編 碼。因此，需要在基站進行信道估計，即估計終端到基站的直射路徑的波達角和路徑損耗。
[0003] 毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中的信道估計面臨兩個重要的問題，一個是其他小區(qū)的 干擾，另一個是計算復雜度高，分別在下面闡述。
[0004] 1)在毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中，基站不僅接收到了來自本小區(qū)的終端的信號， 還接收到了來自其他小區(qū)的終端的信號。因此，基站接收到的信號受到了其他小區(qū)的干擾。 在傳統(tǒng)的信道估計方法中，基站把來自其他小區(qū)的干擾當做噪聲，直接進行信道估計。那 么，信道估計就包含了其他小區(qū)的終端到基站的干擾信道，這會對后續(xù)的信號處理(包括信 號檢測和信號預編碼)造成很大的干擾，降低系統(tǒng)的和速率。
[0005] 2)除了直接進行信道估計，也可以分別估計波達角和路徑損耗。在毫米波多小區(qū) 多天線系統(tǒng)中，基站的天線數(shù)量非常多，傳統(tǒng)的波達角估計算法都是基于信道向量的計算， 而信道向量的維度等于基站天線數(shù)量。因此，傳統(tǒng)的波達角的計算復雜度極高。
[0006] 針對現(xiàn)有研究方法中干擾和計算復雜度這兩方面的問題，本發(fā)明提出了一種毫米 波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中的信道估計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于 波束空間的信道估計方法，即一種在毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中利用波束空間估計波達角 和路徑損耗的方法。
[0008] 本發(fā)明方法利用了毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中的波束空間來估計所有終端(包括 本小區(qū)終端和其他小區(qū)終端）的波達角。另一方面，本發(fā)明方法利用了波達角估計和接收到 的導頻符號估計路徑損耗。波束空間的基本原理是根據(jù)特定的波達角對應的陣列響應向量 之間的正交性，利用這些向量組成向量空間的一組正交基。利用該正交基處理信號，就稱為 利用波束空間處理信號。本發(fā)明方法正是利用這組正交基與接收的信號做相關(guān)計算，根據(jù) 相關(guān)值估算所有終端的波達角。并且，根據(jù)波達角與終端位置之間的關(guān)系，去除其他小區(qū)終 端對應的波達角估計，保留本小區(qū)終端對應的波達角估計作為粗略估計。在此基礎(chǔ)上，選擇 出部分的正交基作為傳輸波束空間。利用這些選出的正交基可以把接收信號的維度大幅度 降低，從而只需要根據(jù)降低維度的信號估計終端的波達角，把這些波達角估計作為精細估 計。由于本發(fā)明方法利用波束空間原理把信號的維度降低了，因此從根本上降低了波達角 估計的計算復雜度。最后，通過把精細估計和粗略估計進行匹配，可以選擇出本小區(qū)終端對 應的波達角的精細估計。由于本發(fā)明方法把其他小區(qū)的干擾當作本小區(qū)信號一樣處理，即 同樣進行波達角估計，有效避免了干擾。
[0009] 毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法，基于一個多小區(qū)通信 系統(tǒng)，每個小區(qū)包括一個基站和多個終端;在信道相干時間內(nèi)，信道保持不變，所有終端在 一個符號傳輸時間內(nèi)向基站發(fā)射導頻信號，在剩余的時間內(nèi)所有終端向基站發(fā)射數(shù)據(jù)信 號；基站天線陣列為均勻矩形陣，且包含成百上千的天線；所有終端在基站天線陣的同一 側(cè);所有終端的發(fā)射功率相同。本發(fā)明方法包括下如下步驟：
[0010] 步驟1、波達角粗略估計階段：
[0011]計算波束空間的正交基與基站接收到的導頻向量的相關(guān)值，根據(jù)相關(guān)值獲得所有 終端的波達角粗略估計。根據(jù)波達角粗略估計計算終端位置，選出處于本小區(qū)區(qū)域內(nèi)的終 端，相應的波達角粗略估計就是本小區(qū)終端的波達角粗略估計。所提波達角粗略估計方法 的具體步驟如下：
[0012] 1-1.波束空間的正交基的共輒轉(zhuǎn)置與基站接收到的導頻向量相乘，獲得一組相關(guān) 值(每個正交基對應一個相關(guān)值），從其中選出KL個最大值，K為每個小區(qū)的終端數(shù)量，L為小 區(qū)數(shù)量。每個最大值對應一個正交基，每個正交基對應兩個波達角，兩個波達角分別是水平 方向的波達角和垂直方向的波達角。所有波達角作為所有KL個終端的波達角粗略估計。對 于每個正交基，選出與其對應波達角差值最小的B個正交基，所有這些BKL個正交基組成所 有KL個終端的傳輸波束空間。其中B表示每個終端所需要選擇的正交基的數(shù)量。
[0013] 1-2.根據(jù)終端的波達角與終端的位置之間的關(guān)系，由波達角粗略估計計算終端的 位置。如果計算的終端位置處于小區(qū)外，就將這個波達角粗略估計作為小區(qū)外的終端的波 達角而除去，剩余的K個終端的波達角粗略估計就是小區(qū)內(nèi)的K個終端的波達角的粗略估 計。
[0014] 顯然，基站天線數(shù)量越大，那么每個波束空間的正交基所對應的波達角的差別越 小，對每個終端的波達角粗略估計就會越精確。在以上估計過程中，所有的終端的波達角一 起估計，而不是只估計本小區(qū)的終端。因此，這個過程有效避免了其他小區(qū)的終端的干擾。 并且，根據(jù)波達角和位置之間的關(guān)系，可以去除其他小區(qū)的波達角估計，從而獲得本小區(qū)的 波達角的估計。因此，這個估計過程既避免了小區(qū)間干擾，又獲得了本小區(qū)的終端的波達角 估計。
[0015] 步驟2、波達角精細估計階段：
[0016] 將步驟1選擇的傳輸波束空間的正交基的部分元素提取作為新的向量，將基站接 收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素提取作為新的向量。接著，用正交基元素組成的新向量，將 數(shù)據(jù)信號向量元素組成的新向量轉(zhuǎn)換為低維度的向量。然后，計算這些低維度向量的樣本 協(xié)方差矩陣，并由此利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計波達角。最后，將步驟2估計的波達角與 步驟1的波達角粗略估計匹配，選出本小區(qū)終端的波達角的精細估計。所提波達角精細估計 的具體步驟如下：
[0017] 2-1.將步驟1選擇的傳輸波束空間的正交基的元素和天線陣列的天線單元一一對 應。同樣，將基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的元素和天線陣列的天線單元一一對應(正交基的 元素數(shù)量、基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的元素數(shù)量和天線陣列的天線單元數(shù)量相同）。將天 線陣列(為矩形）的最后一列和最后一行對應的向量元素去除，獲得正交基的部分元素組成 的新向量和基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的新向量。另外，將天線陣列的第 一列和最后一行對應的向量元素去除，獲得基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的 第二個新向量;將天線陣列的最后一列和第一行對應的向量元素去除，獲得基站接收到的 數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的第三個新向量。
[0018] 2-2.將傳輸波束空間的正交基的部分元素組成的新向量組成矩陣，該矩陣的共輒 轉(zhuǎn)置與基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的三個新向量相乘，轉(zhuǎn)換為低維度的向 量。計算這些低維度向量的樣本協(xié)方差矩陣，并利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計KL個終端的 波達角。
[0019] 2-3.對于步驟2-2估計的每個終端的波達角，計算其與步驟1的某一個終端的波達 角粗略估計的差值的平方，并選出其中具有最小的差值的平方的那個波達角粗略估計作為 該終端的精細波達角估計。
[0020] 在毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中，基站天線數(shù)量極多。因此，傳輸波束空間的正交基 的大部分元素組成的新向量之間具有近似正交性。這樣，選擇部分向量元素對于步驟2中利 用旋轉(zhuǎn)空間方法估計波達角的精度的影響就幾乎可以忽略。并且，由于每個小區(qū)所選出的 傳輸波束空間的正交基的數(shù)量遠遠小于天線陣列的天線數(shù)量，步驟2-2處理獲得的低維度 向量的維度遠遠低于步驟2-2處理前的基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的三個 新向量的維度。因此，利用步驟2-2處理后的低維度向量來估計波達角，其計算復雜度比直 接利用步驟2-2處理前的向量來估計波達角要大大降低。另外，如同步驟1的處理方式，步驟 2將所有小區(qū)的KL個終端的波達角都估計，并與步驟3的波達角粗略估計匹配來選出本小區(qū) 的K個終端的波達角精細估計。這種方式有效避免了小區(qū)間干擾的影響。
[0021 ]步驟3、路徑損耗估計階段：
[0022]根據(jù)步驟2獲得的本小區(qū)終端的波達角精細估計，能夠為本小區(qū)的每個終端選擇 組成傳輸波束空間的正交基，即對于任何一個本小區(qū)終端，找到與該終端波達角差值最小 的B個正交基對應的波達角，那么本小區(qū)的K個終端對應的KB個正交基組成本小區(qū)終端的傳 輸波束空間。接著，對于每個終端，計算選擇的正交基與接收的導頻的相關(guān)值，其與路徑損 耗之間為倍數(shù)關(guān)系，且該倍數(shù)為波達角的函數(shù)，從而可以根據(jù)該相關(guān)值與步驟2獲得的波達 角精細估計來估計路徑損耗。
[0023]本發(fā)明有益效果如下：
[0024]在提高估計性能的前提下，極大地降低了計算復雜度。本發(fā)明方法的創(chuàng)新關(guān)鍵是： 一方面，利用波束空間的正交基與波達角之間的聯(lián)系估計所有終端的波達角，并根據(jù)波達 角與位置的聯(lián)系將本小區(qū)的終端的粗略波達角估計挑選出來;另一方面，利用波束空間的 正交基將基站接收到的信號的維度降低，利用低維度信號估計波達角，并與粗略波達角估 計匹配選出本小區(qū)終端的波達角估計。因此，本發(fā)明幾乎可以去除其他小區(qū)的干擾，也能夠 極大地降低估計算法的計算復雜度，為毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)的信號處理提供精確的信 道信息。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明應用場景:終端波達角示意圖。
[0026] 圖2是整體流程圖。
[0027] 圖3是本發(fā)明毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中信道估計方法的流程圖。
[0028] 圖4是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)頻譜效率與信噪比關(guān)系的仿真圖。
[0029] 圖5是本發(fā)明實施例中系統(tǒng)頻譜效率與基站天線數(shù)量關(guān)系的仿真圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步 的詳細描述。
[0031] 參見圖1，先介紹本發(fā)明方法的應用場景:包含L個小區(qū)，每個小區(qū)的基站放置了一 個有N根天線的均勻矩形陣，每個小區(qū)內(nèi)有K個終端;在信道相干時間內(nèi)，所有終端向基站發(fā) 射導頻符號和數(shù)據(jù)符號，其中導頻符號只有一個;所有終端在基站天線陣的同一側(cè);所有終 端的發(fā)射功率相同;r n，n= 1，2，…，N為波束空間的正交基與基站接收到的導頻向量的相關(guān) 值;，Φ j，j = 1，V··，KL為KL個終端的波達角粗略估計;bj,n，n = 1，2，"·Β為步驟1獲得的組 成第j個終端的傳輸波束空間的正交基;處，&氺=1，2，一，1(為本小區(qū)的1(個終端的波達角粗 略估計，
_為去除h,n的部分元素后組成的新的向量;y t，t = 1，2，···Τ為基站接收到的數(shù)據(jù)符號向量;;<3)為去除yt的部分元素后組成的 新的向量；矩陣U為K L B個新向量
按列排列所組成；
為KL個終端的波達角的精細估計;為本小區(qū)第k個終端 的精細波達角估計。
[0032]參見圖2和圖3,介紹本發(fā)明方法的下列三個操作步驟：
[0033] (1)波達角粗略估計階段:計算波束空間的正交基與基站接收到的導頻向量的相 關(guān)值，根據(jù)相關(guān)值獲得所有終端的波達角粗略估計。根據(jù)波達角粗略估計計算終端位置，選 出本小區(qū)終端的波達角粗略估計。為每個小區(qū)內(nèi)終端選擇傳輸?shù)牟ㄊ臻g。該步驟的操作 內(nèi)容為：
[0034] (11)計算波束空間的正交基與基站接收到的導頻向量的相關(guān)值rn，n=l，2,…，N。 選出仏，11=1，2，~少中最大的1^個值，對應的有1^個波束空間的正交基，這些對應的正交 基的水平方向和垂直方向波達角，Φ j，j = 1，2，…，KL就作為KL個終端的波達角粗略估計。 對于任何一個終端，計算波束空間的正交基對應的波達角與波達角粗略估計Φ」的差值 的絕對值。這些差值的絕對值中最小的B個值對應的正交基bj, n，n = 1，2，一B就組成該終端 的傳輸波束空間。
[0035] (12)計算θ」，φ j，j = 1，2，…，KL對應的位置，去除對應位置處于小區(qū)外的波達角， 剩下的K組水平方向和垂直方向波達角ak，，k = 1，2，…，K就作為本小區(qū)的K個終端的波達 角粗略估計。
[0036] (2)波達角精細估計階段:將步驟(1)選擇的傳輸波束空間的正交基的部分元素提 取作為新的向量，將基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素提取作為新的向量。接著，用正 交基提取元素后的向量的將數(shù)據(jù)信號向量提取元素后的向量轉(zhuǎn)換為低維度的向量。然后， 計算這些低維度向量的樣本協(xié)方差矩陣，并由此利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計波達角。最 后，將步驟(2)估計的波達角與步驟（1)的波達角粗略估計匹配，選出本小區(qū)終端的波達角 精細估計。該步驟的操作內(nèi)容為：
[0037] (21)對于第j個終端，將與其對應的每個正交基匕,"，11 = 1，2，-_8的元素(每個正交 基匕,"有~個元素）與陣列天線單元按順序一一對應(陣列天線單元數(shù)為N個，陣列天線單元 的順序就是每行內(nèi)從左到右增加，到了該行最右元素就換到下一行第一個元素繼續(xù)增加）， 如正交基的第m個元素就對應陣列的第m個陣列天線單元，m為1到N之間的自然數(shù)。對于每個 正交基b」,n，去除其對應了陣列最后一行和最后一列的元素后，組成新的向量&^類似正 交基的處理方式，將基站接收到的數(shù)據(jù)符號向量7*3 = 1，2，一1'(1'為數(shù)據(jù)符號的數(shù)量，向量 yt的元素數(shù)量為N)的元素與陣列天線單元按順序--對應。對于每個數(shù)據(jù)符號向量yt，去除 其對應了陣列最后一行和最后一列的元素后，組成新的向量去除其對應了陣列最后 一行和第一列的元素后，組成新的向量02);去除其對應了陣列第一行和最后一列的元素 后，組成新的向量< 3)
[0038] (22)將所有KLB個新向量
：按列排列，組成矩陣 U。將矩陣U的共輒轉(zhuǎn)置分別與步驟(21)獲得向量ft(1) yf2i ff3相乘，轉(zhuǎn)換為低維度的向 量％(1)，ft(2)，式3)。計算這些低維度向量的樣本協(xié)方差矩陣，即f t(1)，W2),: γ?3)與各自 的共輒轉(zhuǎn)置的乘積的平均值。利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計KL個終端的波達角，表示為
[0039] (23)對于步驟(22)估計的每個終端的波達角
計算其與 步驟（1)的本小區(qū)的第k個終端的波達角粗略估計ak，&的差值的平方，即對于j = l，2,…， KL，計寞
3選出其中具有最小的差值的平方的那個波達角估計 作為該終端的精細波達角估計Trk，lFk_。
[0040] (3)路徑損耗估計階段:根據(jù)步驟(23)獲得的本小區(qū)第k個終端的波達角精細估計 瓦 k，找到與該波達角差值最小的B個正交基對應的波達角，其對應的有B個正交基。 那么本小區(qū)的K個終端對應的KB個正交基就組成本小區(qū)終端的傳輸波束空間。接著，對于本 小區(qū)第k個終端，計算選擇的B個正交基中的一個正交基與接收的導頻的相關(guān)值，將該相關(guān) 值除以步驟(23)獲得的波達角估計的函數(shù)值，其結(jié)果就作為路徑損耗的估計。
[0041] 為了展示本發(fā)明方法的低復雜度，在此簡單分析某一個特例的計算復雜度。當基 站天線數(shù)量為1 〇〇〇，小區(qū)數(shù)量為3，每個小區(qū)終端數(shù)為3，每個終端對應的傳輸波束空間的正 交基數(shù)量為2,數(shù)據(jù)符號數(shù)量為100,傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)空間波達角估計方法需要的復數(shù)乘法的數(shù) 量級為1〇 9,而本發(fā)明方法需要的復數(shù)乘法的數(shù)量級為1〇6,可見采用本發(fā)明方法可以極大地 降低計算復雜度。
[0042] 為了展示本發(fā)明方法的實用性能，
【申請人】進行了多次仿真實施試驗。試驗系統(tǒng)中 的的網(wǎng)絡(luò)配置模型為圖1所示的應用場景。仿真試驗的結(jié)果如圖4和圖5所示，分別從信噪比 和陣列天線數(shù)量兩個方面進行了仿真。為了直觀地體現(xiàn)出本發(fā)明方法的優(yōu)越性，將本方法 的仿真結(jié)果與現(xiàn)有的信道估計方法、完美信道估計方法進行了對比。
[0043]由圖4可以看出，本發(fā)明方法明顯地提高了系統(tǒng)的頻譜效率，也就是說本發(fā)明方法 能夠使信道估計精度提高。圖5表明，本發(fā)明方法所獲得頻譜效率隨著陣列天線數(shù)量增加而 提高，并且超越傳統(tǒng)信道估計方法的頻譜效率。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神 和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法，其特征在于包括下如下 步驟： 步驟1、波達角粗略估計階段： 計算波束空間的正交基與基站接收到的導頻向量的相關(guān)值，根據(jù)相關(guān)值獲得所有終端 的波達角粗略估計;根據(jù)波達角粗略估計計算終端位置，選出處于本小區(qū)區(qū)域內(nèi)的終端，相 應的波達角粗略估計就是本小區(qū)終端的波達角粗略估計； 步驟2、波達角精細估計階段： 將步驟1選擇的傳輸波束空間的正交基的部分元素提取作為新的向量，將基站接收到 的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素提取作為新的向量;接著，用正交基元素組成的新向量，將數(shù)據(jù) 信號向量元素組成的新向量轉(zhuǎn)換為低維度的向量;然后，計算這些低維度向量的樣本協(xié)方 差矩陣，并由此利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計波達角;最后，將步驟2估計的波達角與步驟1 的波達角粗略估計匹配，選出本小區(qū)終端的波達角精細估計； 步驟3、路徑損耗估計階段： 根據(jù)步驟2獲得的本小區(qū)終端的波達角精細估計，能夠為本小區(qū)的每個終端選擇組成 傳輸波束空間的正交基，即對于任何一個本小區(qū)終端，找到與該終端波達角差值最小的B個 正交基對應的波達角，那么本小區(qū)的K個終端對應的KB個正交基組成本小區(qū)終端的傳輸波 束空間；接著，對于每個終端，計算選擇的正交基與接收的導頻的相關(guān)值，其與路徑損耗之 間為倍數(shù)關(guān)系，且該倍數(shù)為波達角的函數(shù)，從而根據(jù)該相關(guān)值與步驟2獲得的波達角精細估 計來估計路徑損耗。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法， 其特征在于步驟1所述的波達角粗略估計方法的具體步驟如下： 1-1.波束空間的正交基的共輒轉(zhuǎn)置與基站接收到的導頻向量相乘，獲得一組相關(guān)值， 其中每個正交基對應一個相關(guān)值，從其中選出KL個最大值，K為每個小區(qū)的終端數(shù)量，L為小 區(qū)數(shù)量;每個最大值對應一個正交基，每個正交基對應兩個波達角，兩個波達角分別是水平 方向的波達角和垂直方向的波達角;所有波達角作為所有KL個終端的波達角粗略估計;對 于每個正交基，選出與其對應波達角差值最小的B個正交基，所有這些BKL個正交基組成所 有KL個終端的傳輸波束空間；其中B表示每個終端所需要選擇的正交基的數(shù)量； 1- 2.根據(jù)終端的波達角與終端的位置之間的關(guān)系，由波達角粗略估計計算終端的位 置;如果計算的終端位置處于小區(qū)外，就將這個波達角粗略估計作為小區(qū)外的終端的波達 角而除去，剩余的K個終端的波達角粗略估計就是小區(qū)內(nèi)的K個終端的波達角的粗略估計。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法， 其特征在于步驟2所述的波達角精細估計的具體步驟如下： 2- 1.將步驟1選擇的傳輸波束空間的正交基的元素和天線陣列的天線單元一一對應； 同樣，將基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的元素和天線陣列的天線單元一一對應，其中正交基 的元素數(shù)量、基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的元素數(shù)量和天線陣列的天線單元數(shù)量相同；將 天線陣列的最后一列和最后一行對應的向量元素去除，獲得正交基的部分元素組成的新向 量和基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的新向量;另外，將天線陣列的第一列和 最后一行對應的向量元素去除，獲得基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的第二個 新向量;將天線陣列的最后一列和第一行對應的向量元素去除，獲得基站接收到的數(shù)據(jù)信 號向量的部分元素組成的第三個新向量； 2-2.將傳輸波束空間的正交基的部分元素組成的新向量組成矩陣，該矩陣的共輒轉(zhuǎn)置 與基站接收到的數(shù)據(jù)信號向量的部分元素組成的三個新向量相乘，轉(zhuǎn)換為低維度的向量； 計算這些低維度向量的樣本協(xié)方差矩陣，并利用現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)空間方法估計KL個終端的波達 角； 2-3.對于步驟2-2估計的每個終端的波達角，計算其與步驟1的某一個終端的波達角粗 略估計的差值的平方，并選出其中具有最小的差值的平方的那個波達角粗略估計作為該終 端的精細波達角估計。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波多小區(qū)多天線系統(tǒng)中基于波束空間的信道估計方法， 其特征在于該方法基于一個多小區(qū)通信系統(tǒng)，每個小區(qū)包括一個基站和多個終端;在信道 相干時間內(nèi)，信道保持不變，所有終端在一個符號傳輸時間內(nèi)向基站發(fā)射導頻信號，在剩余 的時間內(nèi)所有終端向基站發(fā)射數(shù)據(jù)信號;基站天線陣列為均勻矩形陣，且包含成百上千的 天線;所有終端在基站天線陣的同一側(cè);所有終端的發(fā)射功率相同。
【文檔編號】H04L25/02GK105933254SQ201610524913
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】胡安中
【申請人】杭州電子科技大學