基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109450500A(43)申请公布日2019.03.08(21)申请号201811365137.1(22)申请日2018.11.16(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人吴晓欢朱卫平颜俊(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人王素琴(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04B7/0456(2017.01)H04L25/02(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法(57)摘要本发明公开了基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法：首先在基站的模拟预编码端采用M个开关器件连接N个天线形成天线阵列，控制开关器件的通断使得连通的天线阵列满足嵌套阵列结构，其中，嵌套阵列结构由一稠密均匀矩阵和一稀疏均匀矩阵按照设定规则排列组成；然后判断用户和天线的类型并建立用户与基站之间通信的模型；随后对基站接收的信号向量化，并构建优化问题重建天线阵列上接收到的虚拟域信号的协方差矩阵；并基于重建的协方差矩阵求解基站接收信号的入射角和多普勒频率，根据获得的入射角求解获取信道增益；最后根据求解得到的信道增益和入射角值恢复用户和基站通信的信道信息；本发明提升了用户和基站通信的信道信息估计精确率。CN109450500ACN109450500A权利要求书1/2页1.基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，应用于用户与基站之间的毫米波通信，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、在基站的模拟预编码端采用M个开关器件连接N个天线形成天线阵列，控制所述开关器件的通断使得连通的所述天线阵列满足嵌套阵列结构；S2、判断用户的所述天线阵列类型以及移动状态，若用户为单天线用户并作高速移动，且用户发送导频信号s＝[1,...,1]给基站，则通过公式计算所述天线阵列接收到的信号XΩ，其中，gk，θk和fk分别表示用户和基站通信中第k条路径所对应的信道增益，入射角和多普勒频率，为所述天线阵列的导向T矢量，且(·)表示转置操作，L为接收到的快拍数，NΩ为噪声矩阵；若用户为静止状态，则通过公式计算所述信号XΩ；S3、向量化所述信号XΩ，得到yΩ＝vec(XΩ)＝ΓΩy+eΩ，其中，vec(·)表示向量化操作，即把矩阵中的各列依次叠加形成一个新的向量，ΓΩ表示选择矩阵，它定义为式中，IL为维度为L×L的单位阵，WΩ为选择矩阵，y为所有天线阵列上接收到的虚拟域信号，eΩ＝vec(NΩ)为向量化后的噪声；S4、构建优化问题并求解所述优化问题重建出虚拟域信号y对应的协方差矩阵R，其中，||yΩ||2表示向量yΩ的2-范数，tr(RΩ)表示求取矩阵RΩ的迹，即矩阵RΩ对角线元素之和，保证了矩阵为半正定矩阵；S5、基于所述协方差矩阵R采用二维多重信号分类方法求解所述信号XΩ的所述入射角θk和多普勒频率fk；+S6、根据所述入射角θk求解所述信道增益其中，(·)表示矩阵的伪逆，BΩ＝[bΩ1,...,bΩK]，且S7、根据S5和S6求解得到的所述信道增益和入射角θk恢复用户与所述天线阵列通信时的信道信息2.根据权利要求1所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，所述嵌套阵列由一个稠密均匀矩阵和一稀疏均匀矩阵按预设规则排列得到，其中，所述稠密均匀矩阵包含N1个间距为的天线阵元，所述稀疏均匀矩阵包含N2个间距为的天线阵元；所述预设规则为：将所述稀疏均匀矩阵以的间距平行置于所述稠密均匀阵列之后。2CN109450500A权利要求书2/2页3.根据权利要求2所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，所述嵌套阵列可为互质阵列、最小冗余阵列，其中，所述最小冗余阵列由M个阵元组成，且所述最小冗余阵列的阵元索引值为Ω＝{Ω1,...,ΩM}，且所述最小冗余阵列对应的合成阵列为D＝{m1-m2+1:m1,m2∈Ω,m1≥m2}。4.根据权利要求3所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，所述最小冗余阵列的定义满足条件D＝{1,2,...,N}，其中，N≥M。5.根据权利要求1所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，步骤S2中，若用户为静止状态下的用户，则υ(f)＝[1,...,1]T。6.根据权利要求1所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，所述选择矩阵WΩ中的第m行除了Ωm位置处为1，其余位置全为零。7.根据权利要求1所述的基于嵌套阵列的毫米波联合多普勒和信道估计方法，其特征在于，在步骤S5中还包括步骤：画出空间谱pMUSIC(θ,f)，其中，j且在公式