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申请/专利权人：香港中文大学(深圳);香港中文大学(深圳)未来智联网络研究院

摘要：本发明公开了一种基于无线电地图和信道时空特性推演的信道估计方法，包括以下步骤：S1.给定大规模多输入多输出网络的构成，对目标区域进行离散化并完成信道建模；S2.将高维信道信息与低维的稀疏CSI访问令牌关联，构建融合稀疏CSI访问令牌的无线电地图结构；S3.构建一个高斯‑马尔科夫模型作为用户的移动模型，并进行移动用户的轨迹定位；S4.基于用户移动模型和无线电地图进行信道估计。本发明能够更好地挖掘信道的时空演进特征并降低信道估计成本，以实现更低成本、更可靠、更高效的通信。

主权项：1.一种基于无线电地图和信道时空特性推演的信道估计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.给定大规模多输入多输出网络的构成，对目标区域进行离散化并完成信道建模；所述步骤S1包括：考察城市中的一个大规模多输入多输出网络，其中包含Q个基站和若干移动用户，基站配置有大规模MIMO天线，其有Nt个天线单元，移动用户使用单天线进行通信；将目标区域，即城市中无建筑且用户可移动的区域，离散化为若干位置，将离散化后的位置集合表示为其中N为离散化后的位置数量；定义作为第q个基站与用户位置xi之间的MIMO信道，定义Hi＝[hi,1,hi,2,…,hi,Q]为所有Q个基站到用户位置xi之间的MIMO信道所构成的矩阵；将信道建模为hx＝β0hsx+h∈其中，系数β0代表了传输路径和移动终端方向的随机性引起的损耗，hsx为由静态散射体决定的准静态信道，h∈为由小部分时变散射体影响的动态信道；假设上述信道满足归一化特征，即且h∈服从其中I为全1向量，σ∈为时变动态信道的噪声标准差；将在xi位置的用户与所有Q个基站之间的信道用矩阵形式表示，即为 其中，Λ是每个对角元素均为β0的对角矩阵，这里，表示第q个基站与用户位置xi之间的准静态信道，表示第q个基站与用户位置xi之间的动态信道，且服从S2.将高维信道信息与低维的稀疏CSI访问令牌关联，构建融合稀疏CSI访问令牌的无线电地图结构；所述步骤S2包括：给定一个以位置标记的无线电信道数据集定义为从Nt×Nt的酉矩阵中随机提取M行所构建的矩阵，其中，M≤Nt；令由于在大规模MIMO网络中，Nt远远大于静态散射物数量，因此，信道hs保持一种稀疏结构；令为离散傅里叶变换矩阵，则hs表示为hs＝Fw，其中w只有s个非0元素，且s＜＜Nt；通过理论证明得出：包含了的大多数能量信息；定义稀疏CSI访问令牌集合为Gi＝[gi,1,gi,2,…,gi,Q]，其中gi,q是的压缩CSI，表示为由此构建了一种融合稀疏CSI访问令牌的无线电地图结构，即 S3.构建一个高斯-马尔科夫模型作为用户的移动模型，并进行移动用户的轨迹定位，并提取出用户的当前位置；所述步骤S3包括：构建一个高斯-马尔科夫模型作为用户的移动模型：移动用户在t时刻的速度被建模为 其中，系数ρ刻画当前时刻速度与上一时刻速度的相关程度，是目标轨迹中的平均速度，ξ刻画了速度的不确定性，是一个0均值高斯随机变量，服从其中I是一个全1向量，σm是一个已知的描述速度变化的标准差参数；根据用户的历史移动轨迹，给定用户移动速度vt的均值为方差为作为已知量，和σm也通过线性拟合历史轨迹获得；给定移动时隙δt，下一时刻位置的条件概率满足如下条件： 定义在用户位置xt测量到的稀疏CSI数据为是压缩CSI数据更稀疏的表现形式，被建模为 其中A为从MQ×MQ的单位矩阵中随机取出L行所构成的变换矩阵，表示由时变环境引起的测量噪声，其中I是一个全1向量，vecGt表示将矩阵Gt向量化，即将Gt中的每一列按顺序依次堆叠成一个列向量；在实际应用时，是用户在位置xt上接收到的来自多个基站的L个波束的信号强度测量值；因此，给定用户位置xt，的条件概率密度为 定义为移动用户在过去t个时刻的轨迹；定义为测量到的稀疏CSI数据，根据贝叶斯定理，在上获得测量的联合概率为 因此，给定过去τ个时刻在轨迹上获得的稀疏CSI数据联合概率密度被递归地计算为 通过最大化联合概率密度的对数似然，构建以下隐式马尔科夫模型问题： 其中，为t-τ+1时刻用户在xt-τ+1位置上的概率，可以被初始化为一个常数值；基于经典的维特比算法求解上述标准的隐式马尔科夫模型问题，从而获得移动用户的轨迹序列并从中提取出用户的当前位置xt；移动用户的轨迹定位基于无线电地图结构和用户移动模型，评估每个历史时刻测量到的稀疏CSI数据并利用维特比算法动态求解隐式马尔科夫模型问题完成；S4.基于用户移动模型和无线电地图进行信道估计；所述步骤S4包括：基于用户移动模型，将下一时刻用户所在的位置的条件概率表示为令 基于构建的无线电地图下一时刻任一基站与用户之间的信道协方差矩阵通过如下方程近似： 其中，hsx表示用户位置在x时的任一基站与用户之间的准静态信道，hsxH表示hsx的共轭转置；令为对应于协方差矩阵C＝Ct+1中前M个主导奇异值的特征向量组成的半酉矩阵，令∑为M×M的对角矩阵，其对角元素为协方差矩阵C＝Ct+1的前M个主导奇异值，则下一时刻的信道协方差矩阵经过奇异值分解表示为C＝Ct+1＝V∑VH+C∈，其中C∈表征稀疏化操作后的协方差矩阵误差，trC∈为协方差矩阵C＝Ct+1的后Nt-M个奇异值的和；定义导频信号假设Φ是一个酉矩阵，构建一个波束赋形的导频信号为其中是V的复数共轭，接收信号模型被表示为y＝ΦVHhs+ΦVHh∈+z其中，y为接收信号，z为环境高斯噪声，其服从其中σ∈为时变散射体信道的标准差，系数β0表示传输路径和移动终端方向的随机性引起的损耗，σn为高斯测量噪声的标准差；基于最小均方根误差估计方法，下一时刻的信道被估计为

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