CN107306236A - 高频无线信道估计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频无线信道估计方法及系统。根据方法，系统基于对所接收的导频信号的测量，确定测量矩阵和测量结果，并将导频信号的测量结果初始化为残差；以初始化的残差作为当前残差；利用当前残差从测量矩阵中无重复选取其中的列向量；利用当前及此前所选出的所有列向量、测量结果计算信道估计值，并调整残差，将调整后的残差作为当前残差；以及基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及增量矩阵中各列向量在测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束；基于所得到的信道估计值及稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。本发明解决在高频、慢移动场景下的信道估计准确度低的问题。

Description

高频无线信道估计方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种高频无线信道估计方法及系统。
背景技术
新一代的移动通信系统面临着更高的传输速率和更低的传输时延等需求。高频段通信技术是指利用6GHz以上的频段进行通信的技术。IMT2020(5G)技术组高频通信技术报告指出，在6-100GHz的频率范围内，拥有高达45GHz的空闲频谱资源，可以传输高达10Gbps甚至更高的用户速率业务，满足未来的通信需求。典型的高频段部署场景常在办公室、会议室等室内场景。在该场景下，信道的多径数量同6GHz频率以下无线信道相比大大减少，因此信道在多径域具有典型的稀疏特性。
在实际的无线环境中，由于无线信号同时经历大尺度与小尺度衰落的影响而造成失真，接收端需要进行信道估计，来补偿信号的畸变。现有的信道估计方法通过在频域等间隔的子载波上发送导频符号，利用最小二乘法、最小均方误差法等信道估计算法恢复导频所在子载波的信道状态，并利用插值法恢复全部子载波的信道信息。由于高频信道的稀疏特性，利用上述方法无法提升信道估计精度。
发明内容
本发明提供一种高频无线信道估计方法及系统，以解决在高频、慢移动场景下的信道估计准确度低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种高频无线信道估计方法，包括：基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差；以初始化的残差作为当前残差；利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；以及基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束；基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
第二方面，本发明实施例还提供了一种高频无线信道估计系统，包括：测量单元，用于基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差，并以初始化的残差作为当前残差；第一列向量选取单元，用于利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；第一计算调整单元，利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；以及第一匹配单元，用于基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束；信道估计单元，用于基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
本发明通过不断调整残差，并根据每次调整后的残差确定信号估计值，并在残差的系统误差小于预设系统误差门限时，构建由所得到的信号估计值的信道矢量，由此不但解决在高频、慢移动场景下的信道估计准确度低的问题，还根据高频段的稀疏特性，大大简化了确定信道矢量的复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例一中的高频无线信道估计方法的流程图；
图2是本发明实施例二中的一种高频无线信道估计方法的流程图；
图3是本发明实施例二中的又一种高频无线信道估计方法的流程图；
图4是本发明实施例三中的高频无线信道估计系统的结构示意图；
图5是本发明实施例四中的高频无线信道估计系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的高频无线信道估计方法的流程图，本实施例可适用于估计无线信道的频率在6-100GHz之间的信道矢量的情况，该方法可以由终端来执行，其中，所述终端包括但不限于：手机、或其他利用上述高频无线信道进行数据传输的电子设备。具体包括如下步骤：
步骤S110、基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差。
具体地，基站周期、或非周期性的发送导频信号，用于终端对信道质量进行测量。在此，当终端接收到高频段的导频信号时，根据导频信号所占子载波频率从预设的多个测量矩阵中选取对应的测量矩阵。同时，解析所接收到的导频信号，得到为一接收符号Y，并将Y作为测量结果。所述终端将测量矩阵中所有列向量的位置进行编号。所述终端还将测量结果作为残差的初始值，并作为初始值代入后续循环步骤S120-S140。
在步骤S120中，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，所选取的列向量为残差在所述测量矩阵所提供的各投影方向的衰减最小的列向量。故而，所述终端根据当前的残差在不同径向的衰减，选择一个径向衰减最小的列向量。
本实施例中，本步骤具体为：计算当前残差与测量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；以及，将所述测量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
具体地，所述终端将当前残差与测量矩阵中的每个列向量逐个做内积运算，并选择内积值最大的列向量。为了防止在后续循环中重选该列向量，所述终端对已选择的列向量进行标记，或删除对应的列向量。
需要说明的是，为了降低除第一次以外的后续循环中的计算量，后续循环所使用的测量矩阵为所述测量矩阵中未标记的、或未删除的列向量所构成的矩阵。同时，为了便于记录所选取的各列向量在初始测量矩阵中的位置，预先设定的各列向量的位置编号不随测量矩阵中的剩余列向量的位置变化而变化。
步骤S130、利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差。
在此，所述终端可利用现有的信道估计算法，将当前及此前所选出的所有列向量和所述测量结果进行信道估计计算，并得到对应的信道估计值。同时，为了精准追踪信道，所述本步骤还根据当前的信道估计值对残差进行调整。
一种可选方案中，本步骤包括：步骤S131、S132。
步骤S131、将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值。
在此，所述终端利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Θ为增量矩阵，为信道估计值。
步骤S132、利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
接着，步骤S140、基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束。
其中，所述第一条件包括：当前残差的系统误差等于预设的系统误差ε1，即在此，系统误差ε1可以是根据经验而定的预设值。
当当前残差满足上述第一条件时，将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，以及更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环。
例如，所述终端预设均为空的增量矩阵和稀疏图样索引集。当利用公式确定调整后的残差的系统误差满足第一条件时，所述终端将本次列向量Φl添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵即将稀疏图样索引集确定为并结束循环。同时，所述终端还保存信道估计值增量矩阵和稀疏图样索引集其中，l为列向量Φl在初始的测量矩阵的位置编号。
当当前残差不满足所述第一条件时，重新利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
具体地，当当前残差不满足所述第一条件时，所述终端将本次选出的列向量添加到此前所选出的各列向量的矩阵Θ中，并将本次选出的列向量的位置添加到此前所选出的各列向量位置的集合Ω中，并利用当前残差重新执行步骤S120。
为了防止循环次数过大而影响降低信号的处理速度。一种优选方案为，当循环次数达到预设最大循环次数时，将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环。
步骤S150、基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
具体地，当循环结束后，所述终端得到信道估计值及所述稀疏图样索引集所述终端按照所述稀疏图样索引集中的位置，将信道估计值插入预设的L行信道矢量中的对应位置，以得到基于高频信道的信道矢量。其中，稀疏图样索引集中的位置数量K<<L。
本实施例的工作过程举例如下：
S110、终端接收到导频信号后，根据导频信号的测量确定子载波及接收符号，其中，根据子载波从预设的多个测量矩阵中选取适应的测量矩阵Φ，并将接收符号作为初始残差Rold。
接着，终端根据测量矩阵、初始残差对信道的信道矢量进行估计。具体如下：
S120、计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>，l＝1,2,…,L；
将内积最大的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列记入增量矩阵Θ＝{Θ∪Φl}，且将测量矩阵中的对应列删除；
步骤S130、利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
步骤S140、当或n＝N时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
当时：令Rold＝Rnew，n＝n+1，重新计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>。
在循环结束后，S150、所述终端按照将信号估计值填入信号矢量中。
本实施例的技术方案，通过不断调整残差，并根据每次调整后的残差确定信号估计值，并在残差的系统误差小于预设系统误差门限时，构建由所得到的信号估计值的信道矢量，由此不但解决在高频、慢移动场景下的信道估计准确度低的问题，还根据高频段的稀疏特性，大大简化了确定信道矢量的复杂度。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的频无线信道估计方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是在步骤S120之前，即在利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量之前，还包括：步骤S111。
步骤S111、判断是否为初次信道估计，若是，则执行步骤S120，若否，则基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件，若是，则执行步骤S150，若否，则可以重新执行步骤S120。
在此，基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件的方式为：利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Θ为增量矩阵，为信道估计值；再利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值；计算是否小于等于预设的系统误差ε1。
一种可选方案中，当确定则执行步骤S112，以及循环执行步骤S113、S114和S115。
步骤S112、提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集。
在此，当终端曾估计过信道估计值，记录曾估计的信道估计值、增量索引和稀疏图样索引集。本步骤将所记录的增量索引和稀疏图样索引集从存储单元中提取出来，以供步骤S113和S114使用。
步骤S113、利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，为了快速确定所记录的信道估计、增量索引和稀疏图样索引集是否还能继续使用，所述终端利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，所选取的列向量为残差在所记录的增量矩阵所提供的各投影方向的衰减最小的列向量。故而，所述终端根据当前的残差在不同径向的衰减，选择一个径向衰减最小的列向量。
本实施例中，本步骤具体为：计算当前残差与所记录的增量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；以及，将所记录的增量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
具体地，所述终端将当前残差与所记录的增量矩阵中的每个列向量逐个做内积运算，并选择内积值最大的列向量。为了防止在后续循环中重选该列向量，所述终端对已选择的列向量进行标记，或删除对应的列向量。
需要说明的是，为了降低除第一次以外的后续循环中的计算量，后续循环所使用的增量矩阵为所记录的增量矩阵中未标记的、或未删除的列向量所构成的矩阵。同时，为了便于记录所选取的各列向量在所记录的增量矩阵中的位置，预先设定的各列向量的位置编号不随增量矩阵中的剩余列向量的位置变化而变化。
步骤S114、利用本步骤所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差。
在此，所述终端可利用现有的信道估计算法，将当前及此前所选出的所有列向量和所述测量结果进行信道估计计算，并得到对应的信道估计值。同时，为了精准追踪信道，所述本步骤还根据当前的信道估计值对残差进行调整。
优选地，所述终端将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值。
在此，所述终端利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
接着，所述终端利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
步骤S115、基于由步骤S114得到的残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的新的增量矩阵，以及基于所述新的增量矩阵中各列向量更新所记录的稀疏图样索引集，直至循环结束。
其中，所述第一条件与上述各实施例中的第一条件相同。
当当前残差符合预设的第一条件时，保存已确定的各信道估计值，稀疏图样索引集和新的增量矩阵，并结束循环。
例如，当所述终端利用公式确定当前残差的系统误差满足第一条件时，确定新的增量矩阵由从所记录的增量矩阵中选取的各列向量组成。对应新的增量矩阵的稀疏图样索引集为各列向量的位置编号，并结束循环。同时，所述终端还保存信道估计值增量矩阵和稀疏图样索引集其中，l为列向量Φl在初始的测量矩阵的位置编号。
当当前残差不符合预设的第一条件时，进一步判断调整前后的两残差之间的相对误差是否符合预设的第二条件、或循环次数达到稀疏度K；若是，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；若否，则重新利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
其中，所述第二条件为调整前后的两残差的相对误差小于预设相对误差ε2，即其中，Rold为调整前的残差，Rnew为调整后的残差。所述稀疏度K为稀疏图样索引集中位置的数量。
若调整前后的两残差之间的相对误差符合所述第二条件、或循环次数达到稀疏度K，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
具体来说，所述终端剔除本次循环中所选出的列向量后，得到新的增量矩阵和所对应的稀疏图样索引集。再执行步骤S120，以从测量矩阵中选取与所述新的增量矩阵中的各列向量无重复的列向量，并当终端根据步骤S140的执行结果结束循环时，根据步骤S140所得到的信道估计值、增量矩阵和对应的稀疏图样索引集，执行步骤S150。
若调整前后的两残差之间的相对误差不符合所述第二条件、且循环次数未达到稀疏度K，则利用调整后的残差，循环执行步骤S113。
如图3所示，本实施例的工作过程举例如下：
终端预设设定最大迭代次数为N，绝对误差门限ε1，相对误差门限ε2。当终端接收到导频信号后，根据导频信号的测量确定子载波及接收符号，其中，根据子载波从预设的多个测量矩阵中选取适应的测量矩阵Φ，并将接收符号作为初始残差Rold。
接着，执行步骤S110，利用测量矩阵Φ进行测量，并获得测量结果Y。
接着，终端根据测量矩阵、初始残差对信道的信道矢量进行估计。具体如下：
S111、初始化残差Rold＝Y，稀疏图样索引集增量矩阵迭代次数n＝1；判断是否为初次信道估计；若是，则进行S120-S140；若否，则利用测量结果Y与增量矩阵进行最小二乘法LS估计：并计算残差
当时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵并执行步骤S150；
当时：执行S112；
S120、计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>，l＝1,2,…,L；将内积最大的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列记入增量矩阵Θ＝{Θ∪Φl}，且将测量矩阵中的对应列删除；
S130、利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
S140、当或n＝N时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
当时：令Rold＝Rnew，n＝n+1，并执行S120；
S112、提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集
S113计算残差与增量矩阵每列的内积k＝1,2,…,K；将内积最大列对应测量矩阵中的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列计入增量矩阵且将其在原增量矩阵与测量矩阵Φ中的对应列元素删除；
S114、利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
S115、当时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
当时：
若或n＝K，去掉S113中稀疏图样索引集与增量矩阵中更新的内容，并执行S120；
若令Rold＝Rnew，n＝n+1，并执行S113。
最后，在循环结束后，S150所述终端按照将信号估计值填入信号矢量中。
本实施例的技术方案，利用上次估计的增量矩阵中的列向量与导频信号的测量结果的径向衰落的快速查找，解决了利用测量矩阵得到增量矩阵的大运算量等问题，有效简化了系统计算的复杂度。
另外，本实施例利用高频段信道的稀疏特性，结合压缩感知理论进行信道估计，大大降低导频信号对时频资源的占用率；当收发两端之间出现散射体的移动时，会造成一条或多条信道多径的阻塞或产生新的信道多径，形成有时间连续性的多径生灭特性，因此，在信道估计的迭代过程中，可以优先从上次信道估计的多径集合中选择可能的多径，从而大大降低计算复杂度。
实施例三
图4为本发明实施例三提供的高频无线信道估计系统的结构示意图，本实施例可适用于估计无线信道的频率在6-100GHz之间的信道矢量的情况，该系统安装在终端，其中，所述终端包括但不限于：手机、或其他利用上述高频无线信道进行数据传输的电子设备。所述系统1具体包括：测量单元11、第一列向量选取单元12、第一计算调整单元13、第一匹配单元14、信道估计单元15。
所述测量单元11用于基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差。
具体地，基站周期、或非周期性的发送导频信号，用于测量单元11对信道质量进行测量。在此，当测量单元11接收到高频段的导频信号时，根据导频信号所占子载波频率从预设的多个测量矩阵中选取对应的测量矩阵。同时，解析所接收到的导频信号，得到为一接收符号Y，并将Y作为测量结果。所述测量单元11将测量矩阵中所有列向量的位置进行编号。所述测量单元11还将测量结果作为残差的初始值，并作为初始值代入后续循环第一列向量选取单元12、第一计算调整单元13、和第一匹配单元14。
所述第一列向量选取单元12用于利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，所选取的列向量为残差在所述测量矩阵所提供的各投影方向的衰减最小的列向量。故而，所述第一列向量选取单元12根据当前的残差在不同径向的衰减，选择一个径向衰减最小的列向量。
本实施例中，本单元具体为：计算当前残差与测量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；以及，将所述测量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
具体地，所述第一列向量选取单元12将当前残差与测量矩阵中的每个列向量逐个做内积运算，并选择内积值最大的列向量。为了防止在后续循环中重选该列向量，所述第一列向量选取单元12对已选择的列向量进行标记，或删除对应的列向量。
需要说明的是，为了降低除第一次以外的后续循环中的计算量，后续循环所使用的测量矩阵为所述测量矩阵中未标记的、或未删除的列向量所构成的矩阵。同时，为了便于记录所选取的各列向量在初始测量矩阵中的位置，预先设定的各列向量的位置编号不随测量矩阵中的剩余列向量的位置变化而变化。
所述第一计算调整单元13用于利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差。
在此，所述第一计算调整单元13可利用现有的信道估计算法，将当前及此前所选出的所有列向量和所述测量结果进行信道估计计算，并得到对应的信道估计值。同时，为了精准追踪信道，所述本步骤还根据当前的信道估计值对残差进行调整。
一种可选方案中，所述第一计算调整单元13包括：估计模块和调整模块。
所述估计模块用于将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值。
在此，所述估计模块利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Θ为增量矩阵，为信道估计值。
所述调整模块用于利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
接着，所述第一匹配单元14用于基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束。
其中，所述第一条件包括：当前残差的系统误差等于预设的系统误差ε1，即在此，系统误差ε1可以是根据经验而定的预设值。所述第一批配单元包括：第一匹配模块和第二匹配模块。
所述第一匹配模块用于当当前残差满足上述第一条件时，将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，以及更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环。
例如，所述第一匹配模块预设均为空的增量矩阵和稀疏图样索引集。当利用公式确定调整后的残差的系统误差满足第一条件时，所述第一匹配模块将本次列向量Φl添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵即将稀疏图样索引集确定为并结束循环。同时，所述第一匹配模块还保存信道估计值增量矩阵和稀疏图样索引集其中，l为列向量Φl在初始的测量矩阵的位置编号。
所述第二匹配模块用于当当前残差不满足所述第一条件时，重新利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
具体地，当当前残差不满足所述第一条件时，所述第二匹配模块将本次选出的列向量添加到此前所选出的各列向量的矩阵Θ中，并将本次选出的列向量的位置添加到此前所选出的各列向量位置的集合Ω中，并利用当前残差重新执行第一列向量选取单元12。
为了防止循环次数过大而影响降低信号的处理速度。一种优选方案为，当循环次数达到预设最大循环次数时，所述第一匹配模块将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环。
所述信道估计单元15用于基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
具体地，当循环结束后，所述信道估计单元15得到信道估计值及所述稀疏图样索引集所述信道估计单元15按照所述稀疏图样索引集中的位置，将信道估计值插入预设的L行信道矢量中的对应位置，以得到基于高频信道的信道矢量。其中，稀疏图样索引集中的位置数量K<<L。
本实施例的工作过程举例如下：
测量单元11接收到导频信号后，根据导频信号的测量确定子载波及接收符号，其中，根据子载波从预设的多个测量矩阵中选取适应的测量矩阵Φ，并将接收符号作为初始残差Rold。
接着，终端根据测量矩阵、初始残差对信道的信道矢量进行估计。具体如下：
第一列向量选取单元12计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>，l＝1,2,…,L；
将内积最大的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列记入增量矩阵Θ＝{Θ∪Φl}，且将测量矩阵中的对应列删除；
第一计算调整单元13利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
第一匹配单元14中的第一匹配模块当或n＝N时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
第一匹配单元14中的第二匹配模块当时：令Rold＝Rnew，n＝n+1，重新计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>。
在循环结束后，信道估计单元15按照将信号估计值填入信号矢量中。
本实施例的技术方案，通过不断调整残差，并根据每次调整后的残差确定信号估计值，并在残差的系统误差小于预设系统误差门限时，构建由所得到的信号估计值的信道矢量，由此不但解决在高频、慢移动场景下的信道估计准确度低的问题，还根据高频段的稀疏特性，大大简化了确定信道矢量的复杂度。
实施例四
图5为本发明实施例四提供的频无线信道估计系统1的结构示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，所述系统1还包括：判断单元16。
所述判断单元16用于判断是否为初次信道估计，若是，则启动所述第一列向量选取单元12，若否，则基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件，若是，则基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量，若否，则可以执行第一列向量选取单元12。
在此，基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件的方式为：利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Θ为增量矩阵，为信道估计值；再利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值；计算是否小于等于预设的系统误差ε1。
一种可选方案中，所述系统1还包括：提取单元17、第二列向量选取单元18、第二计算调整单元19、第二匹配单元20。
所述判断单元16当确定则执行提取单元17，以及循环执行第二列向量选取单元18、第二计算调整单元19和第二匹配单元20。
所述提取单元17提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集。
在此，当提取单元17曾估计过信道估计值，记录曾估计的信道估计值、增量索引和稀疏图样索引集。本步骤将所记录的增量索引和稀疏图样索引集从存储单元中提取出来，以供第二列向量选取单元18和第二计算调整单元19使用。
所述第二列向量选取单元18利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，为了快速确定所记录的信道估计、增量索引和稀疏图样索引集是否还能继续使用，所述第二列向量选取单元18利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
在此，所选取的列向量为残差在所记录的增量矩阵所提供的各投影方向的衰减最小的列向量。故而，所述第二列向量选取单元18根据当前的残差在不同径向的衰减，选择一个径向衰减最小的列向量。
本实施例中，所述第二列向量选取单元18具体为：计算当前残差与所记录的增量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；以及，将所记录的增量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
具体地，所述第二列向量选取单元18将当前残差与所记录的增量矩阵中的每个列向量逐个做内积运算，并选择内积值最大的列向量。为了防止在后续循环中重选该列向量，所述第二列向量选取单元18对已选择的列向量进行标记，或删除对应的列向量。
需要说明的是，为了降低除第一次以外的后续循环中的计算量，后续循环所使用的增量矩阵为所记录的增量矩阵中未标记的、或未删除的列向量所构成的矩阵。同时，为了便于记录所选取的各列向量在所记录的增量矩阵中的位置，预先设定的各列向量的位置编号不随增量矩阵中的剩余列向量的位置变化而变化。
第二计算调整单元19利用第二列向量选取单元18所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差。
在此，所述第二计算调整单元19可利用现有的信道估计算法，将当前及此前所选出的所有列向量和所述测量结果进行信道估计计算，并得到对应的信道估计值。同时，为了精准追踪信道，所述本步骤还根据当前的信道估计值对残差进行调整。
优选地，所述第二计算调整单元19将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值。
在此，所述第二计算调整单元19利用最小二乘法LS估计公式：其中，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
接着，所述第二计算调整单元19利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
第二匹配单元20基于由第二计算调整单元19得到的残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的新的增量矩阵，以及基于所述新的增量矩阵中各列向量更新所记录的稀疏图样索引集，直至循环结束。
其中，所述第一条件与上述各实施例中的第一条件相同。所述第二匹配单元20包括：第三匹配模块和第四匹配模块。
所述第三匹配模块用于当当前残差符合预设的第一条件时，保存已确定的各信道估计值，稀疏图样索引集和新的增量矩阵，并结束循环。
例如，当所述第三匹配模块利用公式确定当前残差的系统误差满足第一条件时，确定新的增量矩阵由从所记录的增量矩阵中选取的各列向量组成。对应新的增量矩阵的稀疏图样索引集为各列向量的位置编号，并结束循环。同时，所述第三匹配模块还保存信道估计值增量矩阵和稀疏图样索引集其中，l为列向量Φl在初始的测量矩阵的位置编号。
第四匹配模块用于当当前残差不符合预设的第一条件时，进一步判断调整前后的两残差之间的相对误差是否符合预设的第二条件、或循环次数达到稀疏度K；若是，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；若否，则重新利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
其中，所述第二条件为调整前后的两残差的相对误差小于预设相对误差ε2，即其中，Rold为调整前的残差，Rnew为调整后的残差。所述稀疏度K为稀疏图样索引集中位置的数量。
若调整前后的两残差之间的相对误差符合所述第二条件、或循环次数达到稀疏度K，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
具体来说，所述第四匹配模块剔除本次循环中所选出的列向量后，得到新的增量矩阵和所对应的稀疏图样索引集。再执行第一列向量选取单元12，以从测量矩阵中选取与所述新的增量矩阵中的各列向量无重复的列向量，并当第一匹配模块根据执行结果结束循环时，根据第一计算调整单元13和第一匹配模块所得到的信道估计值、增量矩阵和对应的稀疏图样索引集，执行信道估计单元15。
若调整前后的两残差之间的相对误差不符合所述第二条件、且循环次数未达到稀疏度K，则利用调整后的残差，循环执行第二列向量选取单元18。
本实施例的工作过程举例如下：
终端预设设定最大迭代次数为N，绝对误差门限ε1，相对误差门限ε2。当终端接收到导频信号后，根据导频信号的测量确定子载波及接收符号，其中，根据子载波从预设的多个测量矩阵中选取适应的测量矩阵Φ，并将接收符号作为初始残差Rold。
接着，测量单元11利用测量矩阵Φ进行测量，并获得测量结果Y。
接着，终端根据测量矩阵、初始残差对信道的信道矢量进行估计。具体如下：
判断单元16初始化残差Rold＝Y，稀疏图样索引集增量矩阵迭代次数n＝1；判断是否为初次信道估计；若是，则执行第一列向量选取单元12、第一计算调整单元13和第一匹配单元14；若否，则利用测量结果Y与增量矩阵进行最小二乘法LS估计：并计算残差
当时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵并执行信道估计单元15；
当时：启动提取单元17；
其中，第一列向量选取单元12计算残差Rold与测量矩阵Φ每列的内积<Rold,Φl>，l＝1,2,…,L；将内积最大的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列记入增量矩阵Θ＝{Θ∪Φl}，且将测量矩阵中的对应列删除；
第一计算调整单元13利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
第一匹配单元14当或n＝N时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
当时：令Rold＝Rnew，n＝n+1，并执行第一列向量选取单元12；
提取单元17提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集
第二列向量选取单元18计算残差与增量矩阵每列的内积k＝1,2,…,K；将内积最大列对应测量矩阵中的位置记入稀疏图样索引集Ω＝{Ω∪l}，并将对应列计入增量矩阵且将其在原增量矩阵与测量矩阵Φ中的对应列元素删除；
第二计算调整单元19利用测量结果Y与增量矩阵Θ进行最小二乘法LS估计：并计算残差
第二匹配单元20当时：信道估计结束，保留信道估计结果稀疏图样索引集和增量矩阵
当时：
若或n＝K，去掉第二列向量选取单元18中稀疏图样索引集与增量矩阵中更新的内容，并执行第一列向量选取单元12；
若令Rold＝Rnew，n＝n+1，并执行第二列向量选取单元18。
最后，在循环结束后，信道估计单元15号按照将信号估计值填入信号矢量中。
本实施例的技术方案，利用上次估计的增量矩阵中的列向量与导频信号的测量结果的径向衰落的快速查找，解决了利用测量矩阵得到增量矩阵的大运算量等问题，有效简化了系统计算的复杂度。
另外，本实施例利用高频段信道的稀疏特性，结合压缩感知理论进行信道估计，大大降低导频信号对时频资源的占用率；当收发两端之间出现散射体的移动时，会造成一条或多条信道多径的阻塞或产生新的信道多径，形成有时间连续性的多径生灭特性，因此，在信道估计的迭代过程中，可以优先从上次信道估计的多径集合中选择可能的多径，从而大大降低计算复杂度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种高频无线信道估计方法，其特征在于，包括：
基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差；
以初始化的残差作为当前残差；
利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；
利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；以及
基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束；
基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
2.根据权利要求1所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，所述利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量包括：
计算当前残差与测量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；
将所述测量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
3.根据权利要求1所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，所述利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果来计算信道估计值，并调整所述残差包括：
将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值；
利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
4.根据权利要求1所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，所述基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集包括：
当当前残差符合预设的第一条件、或循环次数达到预设最大循环次数时，将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环；
当当前残差不符合预设的第一条件时，重新利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
5.根据权利要求1所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，在利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量之前，还包括：
判断是否为初次信道估计；
若是，则执行利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；
若否，则基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件，若是，则基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
6.据权利要求5所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，若信道的系统误差不满足第一条件，则提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集；以及利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量；
利用本步骤所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；
基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的新的增量矩阵，以及基于所述新的增量矩阵中各列向量更新所记录的稀疏图样索引集，直至循环结束。
7.根据权利要求6所述的高频无线信道估计方法，其特征在于，所述基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的新的增量矩阵，以及基于所述新的增量矩阵中各列向量更新所记录的稀疏图样索引集，直至循环结束包括：
当当前残差符合预设的第一条件时，保存已确定的各信道估计值，稀疏图样索引集和新的增量矩阵，并结束循环；
当当前残差不符合预设的第一条件时，进一步判断调整前后的两残差之间的相对误差是否符合预设的第二条件、或循环次数达到稀疏度K；若是，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；若否，则重新利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
8.一种高频无线信道估计系统，其特征在于，包括：
测量单元，用于基于对所接收的导频信号的测量，确定用于测量信道的测量矩阵和所述信道的测量结果，并将所述导频信号的测量结果初始化为残差，并以初始化的残差作为当前残差；
第一列向量选取单元，用于利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；
第一计算调整单元，利用当前及此前所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；以及
第一匹配单元，用于基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的增量矩阵、及所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，直至循环结束；
信道估计单元，用于基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
9.根据权利要求8所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，所述第一列向量选取单元用于计算当前残差与测量矩阵的每个列向量的内积值，选取内积值最大的列向量；以及将所述测量矩阵中已选取的列向量予以标记或删除。
10.根据权利要求8所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，所述第一计算调整单元包括：
估计模块，用于将所述测量结果与当前及此前所选出的所有列向量所构成的矩阵进行最小二乘法LS估计，得到信道估计值；
调整模块，用于利用公式确定调整后的残差，其中，Rnew为调整后的残差，Y为测量结果，Φ为测量矩阵，为信道估计值。
11.根据权利要求8所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，所述第一匹配单元包括：
第一匹配模块，用于当当前残差符合预设的第一条件、或循环次数达到预设最大循环次数时，将本次列向量添加到包含此前所选出的各列向量的增量矩阵中，更新由所述增量矩阵中各列向量在所述测量矩阵中的位置所构成的稀疏图样索引集，并结束循环；
第二匹配模块，用于当当前残差不符合预设的第一条件时，重新利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量。
12.根据权利要求8所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，还包括：判断单元；
所述判断单元用于判断是否为初次信道估计；若是，则启动所述第一列向量选取单元；
若否，则基于所记录的信道估计值、增量矩阵和稀疏图样索引集，确定信道的系统误差是否满足第一条件，若是，则基于所得到的信道估计值及所述稀疏图样索引集，构造用于解调信号的信道矢量。
13.根据权利要求12所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，还包括：
提取单元、第二列向量选取单元、第二计算调整单元、第二匹配单元；
若所述判断单元确定信道的系统误差不满足第一条件，则执行所述提取单元；
所述提取单元用于提取所记录的增量矩阵和稀疏图样索引集；以及
所述第二列向量选取单元用于利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量；
所述第二计算调整单元用于利用本步骤所选出的所有列向量、所述测量结果计算信道估计值，并调整所述残差，将调整后的残差作为当前残差；
所述第二匹配单元用于基于当前残差与预设的第一条件的匹配结果，确定基于本次及此前所选出的各列向量所构成的新的增量矩阵，以及基于所述新的增量矩阵中各列向量更新所记录的稀疏图样索引集，直至循环结束。
14.根据权利要求13所述的高频无线信道估计系统，其特征在于，所述第二匹配单元包括：
第三匹配模块，用于当当前残差符合预设的第一条件时，保存已确定的各信道估计值，稀疏图样索引集和新的增量矩阵，并结束循环；
第四匹配模块，用于当当前残差不符合预设的第一条件时，进一步判断调整前后的两残差之间的相对误差是否符合预设的第二条件、或循环次数达到稀疏度K；若是，则在不包含本次所选出的列向量的新的增量矩阵、和对应所述新的增量矩阵的稀疏图样索引集的基础上，利用当前残差从所述测量矩阵中无重复选取其中的列向量；若否，则重新利用当前残差从所记录的增量矩阵中无重复选取其中的列向量。
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