毫米波大规模MIMO系统的信道估计方法研究文献综述

 2022-10-28 14:41:25

文献综述(或调研报告):

摘要:毫米波天线数量庞大,信道呈现稀疏性,对信道估计算法提出了新的要求。本文对基于移相器或者开关的稀疏信道估计,基于透镜天线的波束训练和稀疏信道估计,单比特架构的信道估计以及多用户信道估计的方案进行调研,对各场景下方案优劣进行总结。

关键词:毫米波;信道估计;移相器;透镜天线;单比特;多用户

1. 毫米波信道估计介绍

对于毫米波系统而言,信道估计对于波束成型非常重要[1]。传统多入多出系统的信道估计方法对于毫米波系统而言难以应用,因为毫米波系统有模拟预编码与合并,对于数字端而言,模拟预编码与合并和信道结合在一起,难以区分,无法单独估计信道。此外,由于毫米波系统天线众多,传统的信道估计方法需要估计众多的元素,带来了很大的计算量。对于实际应用而言,需要在信道相干时间内进行快速的信道估计,所以针对毫米波系统,设计快速的信道估计算法尤为重要。尽管波束成型可以避免信道估计,但是波束成型获得的信道信息很少,无法进行细化的工作,如多用户多入多出以及多用户干扰消除等,并且需要迭代多次才能达到较好的效果。

对毫米波系统而言,频谱泄露问题无法避免。毫米波系统在时域和角度域都是稀疏的[2]。基于压缩感知的信道估计算法充分利用了信道的稀疏性,克服了用码本进行波束训练的不足。通过使用压缩感知算法,仅需要通过较少的测量次数,就能达到较好的效果。本文总结了毫米波信道估计的若干种算法,利用信道的稀疏性来减小算法复杂度。

2. 基于移相器或者开关的稀疏信道估计

对于混合预编码架构的毫米波系统而言,信道估计问题是一个稀疏重建问题。可以使用不同的方法来设计感知矩阵:(1)采用自适应压缩感知[3];(2)使用传统随机感知矩阵,可以通过选取随机值的移相器网络[4]或者随机开关网络[5]。

首先我们阐述文献[3]使用的方法。在个连续时隙进行信号发送和测量,在个连续时隙进行接收。设个发送符号组成对角阵,每个符号对应的预编码向量组成的预编码矩阵的预编码矩阵,的合并矩阵,噪声矩阵是的。考虑混合预编码结构,,,其中分别是的模拟预编码与合并矩阵,每个元素都是恒包络;分别是的数字预编码与合并矩阵,都是快对角化结构。将个接收向量合并为矩阵,得到的接收信号为

(1)

在信道估计阶段,最佳的波束方向未知,因此每次测量都要使用不同方向的波束成型矩阵。

假设使用量化的发送/接收角,将上式向量化,得到

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