基于矩阵填充的毫米波MIMO信道估计算法研究

作     者：杨晓冬 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：童军

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：毫米波MIMO系统 信道估计 阵列损伤 矩阵填充 低秩 

摘      要：毫米波（millimeter wave,mm Wave）大规模多输入多输出（multiple-input mutiple-output,MIMO）系统已成为下一代蜂窝网络研究的关键主题。由于基于选择器的混合大规模MIMO系统能够有效降低硬件复杂性和成本,提升能量效率,因此已成为毫米波通信的研究热点。信道状态信息（Channel State Information,CSI）是大规模MIMO无线通信系统中的关键因素,直接关系到通信的质量。信道状态信息可以通过信道估计获得。因此,信道估计对提高毫米波大规模MIMO系统的通信质量至关重要。本文主要针对基于选择器的毫米波大规模MIMO系统的信道估计方法进行研究。在获取此类系统的CSI时会面临诸多挑战,例如训练不足和计算复杂性太高等。为了解决存在天线阵列损伤时难以获取准确阵列响应向量的问题,本文利用毫米波信道的低秩特性,提出了一种基于矩阵填充的定点连续近似信道估计方法。该方法主要通过设计合理的预编码器和合并器,将观测到的少量接收信号值作为信道矩阵的采样值,利用这些观测值估计出整个信道矩阵。通过对均方误差、可实现的频谱效率和计算复杂度等性能的分析,实验结果表明,基于矩阵填充的估计器对存在天线阵列损伤误差的信道进行估计时,对天线阵列损伤免疫,而且其计算复杂度较低。此外,对视距路径信道（Line-of-Sight,Lo S）和非视距路径（Non-Line-of-Sight,NLo S）信道进行了对比,结果表明本文所提算法既适用于Lo S信道又适用于NLo S信道。研究表明,当存在天线阵列损伤时,基于矩阵填充的估计器不会受到相位误差和增益误差的影响,为毫米波信道估计提供了一种低成本且具有鲁棒性的解决方案。