本發(fā)明所屬無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半盲信道估計(jì)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

毫米波大規(guī)模多天線系統(tǒng)較傳統(tǒng)多天線系統(tǒng)有望達(dá)到吉比特每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了獲得更高的通信系統(tǒng)吞吐量，收發(fā)機(jī)獲取信道信息是非常關(guān)鍵的一步。實(shí)際上，信道部分是有效傳送信息必須經(jīng)過(guò)的媒質(zhì)，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的信道信息是毫米波通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)波束成形、多用戶調(diào)度、速率分配、自適應(yīng)、信道均衡、信號(hào)檢測(cè)和解碼等幾乎所有操作的基本依據(jù)。然而，在大規(guī)模多天線系統(tǒng)中，由于收發(fā)機(jī)天線數(shù)目的增加使得整個(gè)信道參數(shù)也成指數(shù)倍的增加，這樣導(dǎo)致為了準(zhǔn)確獲取信道信息，在信道估計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)的訓(xùn)練需要被分配更多的時(shí)頻資源。隨著毫米波參數(shù)化信道模型的提出，使得將信道估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏信號(hào)重構(gòu)問(wèn)題變得可行。

對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，a.alkhateeb等在2014年ieeejournalofselectedtopicsonsignalprocessing上發(fā)表的channelestimationandhybridprecodingformillimeterwavecellularsystems[1](毫米波蜂窩系統(tǒng)信道估計(jì)和混合預(yù)編碼)中基于毫米波信道信息的稀疏表示模型：參數(shù)化信道，利用信道的空間稀疏性，提出了一種基于收發(fā)機(jī)多階段訓(xùn)練波束交互的閉環(huán)方式估計(jì)有限路徑的離開(kāi)波束和到達(dá)波束對(duì)，以及相應(yīng)的波束方向增益。然而在實(shí)際使用中，該方法將嚴(yán)重受限于訓(xùn)練波束圖的設(shè)計(jì)，波束方向估計(jì)精度不高。此外，隨著收發(fā)機(jī)數(shù)量的增加，訓(xùn)練波束開(kāi)銷(xiāo)成倍增加。而基于壓縮感知網(wǎng)格匹配基的開(kāi)環(huán)信道估計(jì)方法易造成基誤匹配，不符合離開(kāi)角和到達(dá)角連續(xù)取值的事實(shí)，嚴(yán)重降低了信道估計(jì)的精度。

junholee等在2016年ieeetransactionsoncommunications上發(fā)表的channelestimationviaorthogonalmatchingpursuitforhybridmimosystemsinmillimeterwavecommunications[2](基于正交匹配追蹤的毫米波通信混合多入多處系統(tǒng)信道估計(jì))中，基于收發(fā)角度量化的參數(shù)信道模型將信道估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏信號(hào)恢復(fù)問(wèn)題，采用基于[0,π)區(qū)間內(nèi)非均勻角度格分布的正交匹配追蹤方法估計(jì)信道。然而，正交匹配追蹤本質(zhì)上是一種基于窮盡搜索的貪婪算法，會(huì)造成不能容忍的訓(xùn)練時(shí)延、能耗和計(jì)算復(fù)雜度。

pejoskislavche等在2015年ieeewirelesscommunicationsletters上發(fā)表的estimationofsparsetimedispersivechannelsinpilotaidedofdmusingatomicnorm[3](基于原子范數(shù)的導(dǎo)頻輔助正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的稀疏時(shí)間彌散信道估計(jì))和zhangpeng等在2015年的ieeeinternationalconferenceoncommunications上發(fā)表的atomicnormdenoising－basedchannelestimationformassivemultiusermimosystems[4](基于原子范數(shù)解噪的大規(guī)模多用戶多入多出系統(tǒng)的信道估計(jì))中基于導(dǎo)頻序列，采用一維原子范數(shù)最小化方法分別在[0,2π)和[-π/2,π/2]區(qū)間內(nèi)逼近信道發(fā)射或者接收角度，估計(jì)信道信息矩陣。而由于毫米波信道模型中收發(fā)天線陣列響應(yīng)與現(xiàn)有方法中單天線陣列響應(yīng)矩陣表示形式的差異，現(xiàn)有基于一維原子范數(shù)最小化的信道估計(jì)方法無(wú)法直接擴(kuò)展到同時(shí)具有收發(fā)雙天線陣列響應(yīng)的毫米波信道信息估計(jì)中。

同時(shí)，綜上所述的信道估計(jì)方法都僅限于基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)機(jī)制，產(chǎn)生大量的導(dǎo)頻訓(xùn)練負(fù)載，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的頻譜效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種半盲信道估計(jì)方法及系統(tǒng)，旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題之一。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種半盲信道估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟a：在第一個(gè)時(shí)間塊中，采用無(wú)格點(diǎn)壓縮感知技術(shù)建立基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)所述稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息；

步驟b：在第t個(gè)時(shí)間塊中，基于第t-1個(gè)時(shí)間塊的信道信息，采用最大似然信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)所述第t個(gè)時(shí)間塊的傳輸信號(hào)；其中，2≤t≤t，t為所述時(shí)間塊總數(shù)；

步驟c：基于所述第t個(gè)時(shí)間塊的傳輸信號(hào)，建立具有解碼誤差糾正功能的半盲稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)所述半盲稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息；

步驟d：迭代執(zhí)行步驟b和步驟c，直到完成t個(gè)時(shí)間塊的信道信息估計(jì)。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：所述步驟a前還包括：將毫米波參數(shù)信道信息模型轉(zhuǎn)換為符合構(gòu)造二維原子范式表達(dá)的形式。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：所述二維原子范式表示為：

上述公式中，為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息的二維原子范式表示，inf為取下確界操作，表示復(fù)數(shù)域，|·|表示取模操作。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：在所述步驟a中，所述通過(guò)稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息具體為：

所述稀疏信道重構(gòu)模型為：

上述公式中，表示估計(jì)的信道信息為權(quán)重因子；經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算，由得到所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：在所述步驟c中，通過(guò)所述半盲稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)當(dāng)前時(shí)間塊的信道信息具體為：

所述半盲稀疏信道重構(gòu)模型為：

上述公式中，表示估計(jì)的et＝[et,1,...,et,k]是拼接的由于解碼誤差造成的接收信號(hào)誤差矩陣，為權(quán)重因子，||·||1為范數(shù)操作；經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算，由得到所述第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息

本發(fā)明實(shí)施例采取的另一技術(shù)方案為：一種半盲信道估計(jì)系統(tǒng)，包括：

第一信道信息估計(jì)模塊：用于在第一個(gè)時(shí)間塊中，采用稀疏信號(hào)重建算法建立基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)所述稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息；

傳輸信號(hào)估計(jì)模塊：用于在第t個(gè)時(shí)間塊中，基于第t-1個(gè)時(shí)間塊的信道信息，采用最大似然信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)所述第t個(gè)時(shí)間塊的傳輸信號(hào)；其中，2≤t≤t，t為所述時(shí)間塊總數(shù)；

第二信道信息估計(jì)模塊：用于基于所述第t個(gè)時(shí)間塊的傳輸信號(hào)，采用半盲信道估計(jì)建立半盲稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)所述半盲稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息；

迭代判斷模塊：用于判斷是否完成t個(gè)時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，如果沒(méi)有完成t時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，通過(guò)所述傳輸信號(hào)估計(jì)模塊和第二信道信息估計(jì)模塊進(jìn)行迭代，直到完成t個(gè)時(shí)間塊的信道信息估計(jì)。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括模型轉(zhuǎn)換模塊，所述模型轉(zhuǎn)換模塊用于將毫米波參數(shù)信道信息模型轉(zhuǎn)換為符合構(gòu)造二維原子范式表達(dá)的形式。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：所述二維原子范式表示為：

上述公式中，為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息的二維原子范式表示，inf為取下確界操作，表示復(fù)數(shù)域，|·|表示取模操作。

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：所述第一信道信息估計(jì)模塊通過(guò)稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息具體為：

所述稀疏信道重構(gòu)模型為：

上述公式中，表示估計(jì)的信道信息為權(quán)重因子；經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算，由得到所述第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案還包括：所述第二信道信息估計(jì)模塊通過(guò)半盲稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息具體為：

所述半盲稀疏信道重構(gòu)模型為：

上述公式中，表示估計(jì)的et＝[et,1,...,et,k]是拼接的由于解碼誤差造成的接收信號(hào)誤差矩陣，為權(quán)重因子，||·||1為范數(shù)操作；經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算，由得到所述第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法及系統(tǒng)采用基于傳輸信號(hào)的半盲信道估計(jì)技術(shù)，能夠在連續(xù)域角度空間域高度緊密逼近信道參數(shù)的稀疏性，避免了基誤匹配問(wèn)題，相比基于導(dǎo)頻的估計(jì)技術(shù)，降低系統(tǒng)訓(xùn)練負(fù)載，能夠大幅度提高系統(tǒng)的頻譜效率。同時(shí)為保證信道估計(jì)的準(zhǔn)確性，同時(shí)引入解碼誤差補(bǔ)償機(jī)制，提高系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)改善系統(tǒng)信道解碼誤差，大幅提高信道估計(jì)算法的精確度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)至圖3(c)是本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法及系統(tǒng)采用基于無(wú)格點(diǎn)壓縮感知的毫米波大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)傳輸信號(hào)輔助的半盲信道估計(jì)方式。首先，在第一個(gè)時(shí)間塊內(nèi)，接收機(jī)根據(jù)已知的訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)，采用基于無(wú)格點(diǎn)壓縮感知的稀疏信號(hào)重建算法估計(jì)出當(dāng)前信道信息；然后，在后續(xù)時(shí)間塊，依次執(zhí)行基于傳輸信號(hào)的半盲信道估計(jì)技術(shù)：依據(jù)上一個(gè)時(shí)間塊中估計(jì)的信道信息，采用最大似然法檢測(cè)出當(dāng)前時(shí)間塊內(nèi)的傳輸信號(hào)；建立解碼誤差補(bǔ)償機(jī)制，基于檢測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)，采用基于解碼誤差稀疏逼近機(jī)制的半盲信道估計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)快變信道估計(jì)；傳輸信號(hào)的檢測(cè)和半盲信道估計(jì)交替執(zhí)行，直到完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)。

具體地，請(qǐng)參閱圖1，是本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法的流程圖。本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法包括以下步驟：

步驟100：將毫米波參數(shù)信道信息模型轉(zhuǎn)換為符合構(gòu)造二維原子范式表達(dá)的形式

在步驟100中，毫米波參數(shù)信道信息模型為：

公式(1)中，ht為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息，lt表示第t個(gè)時(shí)間塊的路徑數(shù)，αt,l是第t個(gè)時(shí)間塊第l條路徑的增益，和分別表示第t個(gè)時(shí)間塊第l條路徑的nt個(gè)發(fā)射天線陣元和nr個(gè)接收天線陣元的均勻線性天線陣列響應(yīng)，其中，

公式(2)和(3)中，和分別為第t個(gè)時(shí)間塊中第l條路徑的離開(kāi)角和到達(dá)角，nt和nr分別表示發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上的天線陣元數(shù)，λ表示毫米波的波長(zhǎng)，d是相鄰天線陣元間距。

進(jìn)一步將公式(1)轉(zhuǎn)化成緊湊的矩陣形式：

公式(4)中，是lt條路徑的增益向量，ht,j表示矩陣ht的第j列，j＝1,...,nt。

收發(fā)天線陣列響應(yīng)矩陣定義為：

任何求解模型與本發(fā)明方法中的式(4)形式等同，例如：yt,k＝wt^hhtxt,k+wt^hnt,k或yt,k＝htxt,k+nt,k，且求解稀疏信號(hào)的參數(shù)在連續(xù)域取值，則視為同本發(fā)明方法為同一類(lèi)問(wèn)題。

上述步驟100中，信道信息的二維原子范式由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

將信道信息ht進(jìn)行按列拉伸運(yùn)算，得到信道信息新的列向量表達(dá)形式

公式(7)中，為一個(gè)二維復(fù)正弦原子，且滿足的限制，e和分別表示khatri－rao積和克羅內(nèi)克積，vec(·)表示矩陣的按列拉伸成列向量運(yùn)算。

定義a＝{c(fl)‖fl∈[0,1)×[0,1)}是第l條路徑歸一化的二維復(fù)正弦原子的集合。至此，可得信道信息的二維原子范式表示為：

公式(8)中，為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息的二維原子范式表示，inf為取下確界操作，表示復(fù)數(shù)域，|·|表示取模操作。

步驟200：假設(shè)總共t個(gè)時(shí)間塊，在第一個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于發(fā)射機(jī)發(fā)射的訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)s＝[s1,...,sk]，采用基于無(wú)格點(diǎn)壓縮感知的稀疏信號(hào)重建算法建立連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)該稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

在步驟200中，連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙，發(fā)射端發(fā)射訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)sk，則接收端接收到的信號(hào)為：

y1,k＝w1^hh1f1sk+w1^hn1,k(9)

公式(9)中，y1,k為第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙接收的信號(hào)，f1和w1分別表示發(fā)射端的第一預(yù)編碼矩陣和接收端的第一測(cè)量矩陣，s＝[s1,...,sk]表示k個(gè)時(shí)隙的拼接訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)，n1,k是第一個(gè)時(shí)間塊中第k個(gè)時(shí)隙接收機(jī)的加性白高斯噪聲且其中表示nr維的全1列向量。

假設(shè)接收機(jī)在第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙中保持f1和w1不變，則拼接的第一接收信號(hào)矩陣為：

y1＝w1^hh1f1s+q1(10)

公式(10)中，y1為第一個(gè)時(shí)間塊接收的信號(hào)，q1＝[w1^hn1,1,...,w1^hn1,k]是第一個(gè)時(shí)間塊接收端的噪聲矩陣。

將y1按列拉伸為新的列向量形式為：

至此，可得連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型為：

公式(12)中，表示估計(jì)的信道信息為權(quán)重因子。經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算即可由得到第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

步驟300：在第t(2≤t≤t)個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于上一個(gè)時(shí)間塊中估計(jì)的信道信息采用最大似然信號(hào)檢測(cè)器，檢測(cè)出當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)

在步驟300中，第t個(gè)時(shí)間塊中(2≤t≤t)的第k個(gè)時(shí)隙內(nèi)，發(fā)射端發(fā)射傳輸信號(hào)xt,k，則接收端接收到的信號(hào)為：

yt,k＝wt^hhtftxt,k+wt^hnt,k(13)

公式(13)中，yt,k為第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙接收的傳輸信號(hào)，ft和wt分別表示發(fā)射端的第二預(yù)編碼矩陣和接收端的第二測(cè)量矩陣，nt,k是第t個(gè)時(shí)間塊中第k個(gè)時(shí)隙接收端的加性白高斯噪聲且

假設(shè)接收機(jī)在第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙中保持ft和wt不變，則拼接的第二接收信號(hào)矩陣yt為：

yt＝wt^hhtftxt+qt(14)

公式(14)中，xt＝[xt,1,...,xt,k]表示第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙拼接的發(fā)射信號(hào)，qt＝[wt^hnt,1,wt^hnt,2,...,wt^hnt,k]是第t個(gè)時(shí)間塊接收端的噪聲矩陣。

定義最大似然信號(hào)檢測(cè)器為：

公式(15)中，表示估計(jì)的當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)xt,k，d為xt,k可能的碼本集合，為第t-1個(gè)時(shí)間塊估計(jì)的信道信息。

已知和yt，則利用公式(15)即可得到當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)

步驟400：建立解碼誤差補(bǔ)償機(jī)制，在第t個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于檢測(cè)的傳輸信號(hào)采用基于解碼誤差稀疏逼近機(jī)制的半盲信道估計(jì)技術(shù)建立連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型，并估計(jì)當(dāng)前時(shí)間塊的信道信息

在步驟400中，連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

第t個(gè)時(shí)間塊中(2≤t≤t)，將yt按列拉伸為列向量形式為：

考慮檢測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)存在誤差，則定義et,k為：

則接收端拼接的第二接收信號(hào)矩陣yt可重新定義為：

公式(18)中，是拼接的接收端檢測(cè)的傳輸信號(hào)矩陣，et＝[et,1,...,et,k]是拼接的由于解碼誤差造成的接收信號(hào)誤差矩陣。至此，得到：

公式(19)中，

又因?yàn)閷?shí)用通信系統(tǒng)需達(dá)到較高的信號(hào)檢測(cè)精度，所以可以認(rèn)為信號(hào)檢測(cè)誤差是稀疏的，本發(fā)明實(shí)施例中采用范數(shù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)誤差進(jìn)行稀疏重建。因此，連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型(2≤t≤t)為：

公式(20)中，表示估計(jì)的為權(quán)重

因子，||·||1為范數(shù)操作；經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算即可由得到當(dāng)前時(shí)間塊的信道信息

步驟500：判斷是否完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，如果沒(méi)有完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，交替執(zhí)行步驟300和步驟400，直到完成所有時(shí)間塊的信道信息；如果完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，執(zhí)行步驟600；

在步驟500中，步驟300和步驟400交替執(zhí)行，直到估計(jì)完t個(gè)時(shí)間塊的信道信息，并記作：

步驟600：采用歸一化均方誤差(normalizedmeansquareerror，nmse)對(duì)信道信息估計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)價(jià)；

在步驟600中，采用的nmse評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定義為：

公式(21)中，為取均值操作，||·||f為范數(shù)操作。

請(qǐng)參閱圖2，是本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)系統(tǒng)包括模型轉(zhuǎn)換模塊、第一信道信息估計(jì)模塊、傳輸信號(hào)估計(jì)模塊、第二信道信息估計(jì)模塊、迭代判斷模塊和性能評(píng)價(jià)模塊。

模型轉(zhuǎn)換模塊：用于將毫米波參數(shù)信道信息模型轉(zhuǎn)換為符合構(gòu)造二維原子范式表達(dá)的形式

上述中，毫米波參數(shù)信道信息模型為：

公式(1)中，ht為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息，lt表示第t個(gè)時(shí)間塊的路徑數(shù)，αt,l是第t個(gè)時(shí)間塊第l條路徑的增益，和分別表示第t個(gè)時(shí)間塊第l條路徑的nt個(gè)發(fā)射天線陣元和nr個(gè)接收天線陣元的均勻線性天線陣列響應(yīng)，其中，

公式(2)和(3)中，和分別為第t個(gè)時(shí)間塊中第l條路徑的離開(kāi)角和到達(dá)角，nt和nr分別表示發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上的天線陣元數(shù)，λ表示毫米波的波長(zhǎng)，d是相鄰天線陣元間距。

進(jìn)一步將公式(1)轉(zhuǎn)化成緊湊的矩陣形式：

公式(4)中，是lt條路徑的增益向量，ht,j表示矩陣ht的第j列，j＝1,...,nt。

收發(fā)天線陣列響應(yīng)矩陣定義為：

上述中，信道信息的二維原子范式由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

將信道信息ht進(jìn)行按列拉伸運(yùn)算，得到信道信息新的列向量表達(dá)形式

公式(7)中，為一個(gè)二維復(fù)正弦原子，且滿足的限制，e和分別表示khatri-rao積和克羅內(nèi)克積，vec(·)表示矩陣的按列拉伸成列向量運(yùn)算。

定義a＝{c(fl)‖fl∈[0,1)×[0,1)}是第l條路徑歸一化的二維復(fù)正弦原子的集合。至此，可得信道信息的二維原子范式表示為：

公式(8)中，為第t個(gè)時(shí)間塊的信道信息的二維原子范式表示，inf為取下確界操作，表示復(fù)數(shù)域，|·|表示取模操作。

第一信道信息估計(jì)模塊：假設(shè)總共t個(gè)時(shí)間塊，用于在第一個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于發(fā)射機(jī)發(fā)射的訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)s＝[s1,...,sk]，采用基于無(wú)格點(diǎn)壓縮感知的稀疏信號(hào)重建算法建立連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型，通過(guò)該稀疏信道重構(gòu)模型估計(jì)第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

上述中，連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙，發(fā)射端發(fā)射訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)sk，則接收端接收到的信號(hào)為：

y1,k＝w1^hh1f1sk+w1^hn1,k(9)

公式(9)中，y1,k為第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙接收的信號(hào)，f1和w1分別表示發(fā)射端的第一預(yù)編碼矩陣和接收端的第一測(cè)量矩陣，s＝[s1,...,sk]表示k個(gè)時(shí)隙的拼接訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)，n1,k是第一個(gè)時(shí)間塊中第k個(gè)時(shí)隙接收機(jī)的加性白高斯噪聲且其中表示nr維的全1列向量。

假設(shè)接收機(jī)在第一個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙中保持f1和w1不變，則拼接的第一接收信號(hào)矩陣為：

y1＝w1^hh1f1s+q1(10)

公式(10)中，y1為第一個(gè)時(shí)間塊接收的信號(hào)，q1＝[w1^hn1,1,...,w1^hn1,k]是第一個(gè)時(shí)間塊接收端的噪聲矩陣。

將y1按列拉伸為新的列向量形式為：

至此，可得連續(xù)角度空間域的基于訓(xùn)練導(dǎo)頻信號(hào)的稀疏信道重構(gòu)模型為：

公式(12)中，表示估計(jì)的信道信息為權(quán)重因子。經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算即可由得到第一個(gè)時(shí)間塊的信道信息

傳輸信號(hào)估計(jì)模塊：用于在第t(2≤t≤t)個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于上一個(gè)時(shí)間塊中估計(jì)的信道信息采用最大似然信號(hào)檢測(cè)器，檢測(cè)出當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)

上述中，第t個(gè)時(shí)間塊中(2≤t≤t)的第k個(gè)時(shí)隙內(nèi)，發(fā)射端發(fā)射傳輸信號(hào)xt,k，則接收端接收到的信號(hào)為：

yt,k＝wt^hhtftxt,k+wt^hnt,k(13)

公式(13)中，yt,k為第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙接收的傳輸信號(hào)，ft和wt分別表示發(fā)射端的第二預(yù)編碼矩陣和接收端的第二測(cè)量矩陣，nt,k是第t個(gè)時(shí)間塊中第k個(gè)時(shí)隙接收端的加性白高斯噪聲且

假設(shè)接收機(jī)在第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙中保持ft和wt不變，則拼接的第二接收信號(hào)矩陣yt為：

yt＝wt^hhtftxt+qt(14)

公式(14)中，xt＝[xt,1,...,xt,k]表示第t個(gè)時(shí)間塊的第k個(gè)時(shí)隙拼接的發(fā)射信號(hào)，qt＝[wt^hnt,1,wt^hnt,2,...,wt^hnt,k]是第t個(gè)時(shí)間塊接收端的噪聲矩陣。

定義最大似然信號(hào)檢測(cè)器為：

公式(15)中，表示估計(jì)的當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)xt,k，d為xt,k可能的碼本集合，為第t-1個(gè)時(shí)間塊估計(jì)的信道信息。

已知和yt，則利用公式(15)即可得到當(dāng)前時(shí)間塊的傳輸信號(hào)

第二信道信息估計(jì)模塊：用于建立解碼誤差補(bǔ)償機(jī)制，在第t個(gè)時(shí)間塊的k個(gè)時(shí)隙中，基于檢測(cè)的傳輸信號(hào)采用基于解碼誤差稀疏逼近機(jī)制的半盲信道估計(jì)技術(shù)建立連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型，并估計(jì)當(dāng)前時(shí)間塊的信道信息

上述中，連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型由以下過(guò)程推導(dǎo)而得：

第t個(gè)時(shí)間塊中(2≤t≤t)，將yt按列拉伸為列向量形式為：

考慮檢測(cè)的數(shù)據(jù)信號(hào)存在誤差，則定義et,k為：

則接收端拼接的第二接收信號(hào)矩陣yt可重新定義為：

公式(18)中，是拼接的接收端檢測(cè)的傳輸信號(hào)矩陣，et＝[et,1,...,et,k]是拼接的由于解碼誤差造成的接收信號(hào)誤差矩陣。至此，得到：

公式(19)中，

又因?yàn)閷?shí)用通信系統(tǒng)需達(dá)到較高的信號(hào)檢測(cè)精度，所以可以認(rèn)為信號(hào)檢測(cè)誤差是稀疏的，本發(fā)明實(shí)施例中采用范數(shù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)誤差進(jìn)行稀疏重建。因此，連續(xù)角度空間域的傳輸數(shù)據(jù)輔助的半盲稀疏信道重構(gòu)模型(2≤t≤t)為：

公式(20)中，表示估計(jì)的為權(quán)重因子，||·||1為范數(shù)操作。經(jīng)過(guò)按列拉伸的逆運(yùn)算即可由得到當(dāng)前時(shí)間塊的信道信息

迭代判斷模塊：用于判斷是否估計(jì)完所有時(shí)間塊的信道信息，如果沒(méi)有估計(jì)完所有時(shí)間塊的信道信息，通過(guò)傳輸信號(hào)估計(jì)模塊和第二信道信息估計(jì)模塊交替估計(jì)下一個(gè)時(shí)間塊的傳輸信號(hào)和信道信息，直到估計(jì)完t個(gè)時(shí)間塊的信道信息，并記作：如果完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)，通過(guò)性能評(píng)價(jià)模塊對(duì)信道信息估計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

性能評(píng)價(jià)模塊：用于在完成所有時(shí)間塊的信道信息估計(jì)后，采用歸一化均方誤差標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信道信息估計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)價(jià)；采用的nmse評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定義為：

公式(21)中，為取均值操作，||·||f為范數(shù)操作。

請(qǐng)參閱圖3(a)至圖3(c)，為本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果對(duì)比示意圖。經(jīng)在matlab平臺(tái)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，在仿真中，假設(shè)t個(gè)時(shí)間塊的路徑條數(shù)相同，即lt＝l，以得到nmse與路徑條數(shù)之間的關(guān)系。從仿真結(jié)果可以得出結(jié)論，本發(fā)明的nmse評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)隨著信噪比的增加而減小(如圖3(a)所示)，隨著路徑數(shù)增加而增長(zhǎng)(如圖3(b)所示)，隨著觀察次數(shù)(即每個(gè)時(shí)間塊中用于信道估計(jì)的時(shí)隙數(shù))的增加而減小(如圖3(c)所示)。相較于現(xiàn)有主要相關(guān)算法，本發(fā)明表現(xiàn)出nmse性能的優(yōu)越性。

本發(fā)明實(shí)施例的半盲信道估計(jì)方法及系統(tǒng)采用基于傳輸信號(hào)的半盲信道估計(jì)技術(shù)，能夠在連續(xù)域角度空間域高度緊密逼近信道參數(shù)的稀疏性，避免了基誤匹配問(wèn)題，相比基于導(dǎo)頻的估計(jì)技術(shù)，降低系統(tǒng)訓(xùn)練負(fù)載，能夠大幅度提高系統(tǒng)的頻譜效率。同時(shí)為保證信道估計(jì)的準(zhǔn)確性，同時(shí)引入解碼誤差補(bǔ)償機(jī)制，提高系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)改善系統(tǒng)信道解碼誤差，大幅提高信道估計(jì)算法的精確度。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。