本發(fā)明涉及無線通信，具體為基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法。

背景技術(shù)：

1、隨著xl-mimo技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率大幅提高，尤其在5g及未來6g網(wǎng)絡(luò)中，xl-mimo通過大量天線陣列為多個用戶提供并行通信服務(wù)。然而，在近場場景中，由于球面波前和波束分裂效應(yīng)等復(fù)雜傳播現(xiàn)象，信道的建模和估計變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致傳統(tǒng)的信道估計方法無法準確處理這種環(huán)境。

2、現(xiàn)有的角度域信道估計方法，如正交匹配追蹤(omp)和稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)(sbl)，難以有效捕捉近場場景中極化域內(nèi)的稀疏結(jié)構(gòu)，特別是寬帶通信下，不同頻率的信號傳播方向不同，使得信道稀疏性在極化域的頻率相關(guān)性表現(xiàn)更加顯著。由于缺乏對這種非均勻稀疏結(jié)構(gòu)的建模和處理，傳統(tǒng)方法的信道估計性能不佳，尤其是在低信噪比條件下。

3、因此，亟需一種能夠有效捕捉極化域內(nèi)復(fù)雜傳播特性的信道估計方法，以在近場寬帶通信中提高信道估計的準確性和魯棒性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本發(fā)明提供了一種基于多候選雙線性模式檢測(mbpd)的方法，通過多候選模式評估和自適應(yīng)權(quán)重調(diào)整策略，顯著提高信道估計準確性的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：本發(fā)明提供的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，包括步驟如下：

3、s1構(gòu)建系統(tǒng)近場信道模型；

4、s2多候選雙線性模式檢測mbpd方法；

5、s3輸出結(jié)果：通過多輪迭代，mbpd算法最終輸出極化域內(nèi)的信道估計矩陣。

6、優(yōu)選的，s1構(gòu)建系統(tǒng)近場信道模型，具體步驟如下：假設(shè)每個用戶的信號傳輸過程受多個稀疏路徑影響，每條路徑的信號強度由復(fù)增益gl,m表示，路徑的角度和距離由θl和rl表示，信道傳播特性符合球面波前模型；信道在極化域下表現(xiàn)出稀疏性；

7、系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用ofdm技術(shù)，基站配備大量天線陣列，用戶發(fā)出的信號在近場場景中傳播，信號表現(xiàn)為極化域中的稀疏結(jié)構(gòu)；

8、信道模型通過雙線性模式進行建模，信道表示為：

9、

10、其中，n為天線陣列數(shù)，l為信道路徑數(shù)，gl,m路徑增益,rl為距離,λm為波長,表示在極化域下路徑的陣列響應(yīng)向量。

11、優(yōu)選的，近場信道模型中，陣列響應(yīng)矢量定義為其中并且rl(n)是從最后一跳散射到第n個基站天線的距離；

12、基于基站陣列的幾何結(jié)構(gòu)，rl(n)可以近似為且δn＝n-(n-1)/2,n∈{0,1,…,n-1}，d＝λc/2是天線間距，λc＝c/fc是載波波長。

13、優(yōu)選的，步驟s1構(gòu)建系統(tǒng)信道模型中還包括：接收信號的預(yù)處理，

14、首先，基站接收到的信號矩陣y包含來自所有用戶的信號，并受到噪聲影響；通過預(yù)白化處理，減小噪聲對信號的干擾，處理后的信號矩陣為：其中為噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣，用于對信號進行預(yù)白化處理。

15、優(yōu)選的，步驟s2多候選雙線性模式檢測mbpd方法，對處理后的信號矩陣進行雙線性模式檢測，即在角度域和距離域中分別計算每個模式的響應(yīng)值，計算公式為：cr＝α(θr,rr,fm)，其中α(θr,rr,fm)是極化域的模式響應(yīng)，用于描述路徑的方向和距離；

16、在每個迭代中，選擇前l(fā)個檢測值最大的候選模式作為支持集的更新依據(jù)，并累積檢測值用于后續(xù)權(quán)重調(diào)整。

17、優(yōu)選的，步驟s2多候選雙線性模式檢測(mbpd)方法，具體包含兩個主要階段：

18、第一階段：候選模式檢測與選擇

19、(11)初始化：初始殘差矩陣r0＝y(tǒng)(接收信號矩陣)，初始支撐集γ為空集；

20、(12)模式檢測：在角度域和距離域上進行檢測，計算極化域的模式響應(yīng)：cr＝α(θr,rr,fm)，cr是極化域的模式響應(yīng)，用于描述路徑的方向和距離；

21、(13)多候選模式評估：對多個候選模式進行累積檢測，選出檢測值最大的候選模式，并更新支持集。

22、優(yōu)選的，步驟s2中mbpd方法中，

23、第二階段：自適應(yīng)權(quán)重調(diào)整

24、(21)權(quán)重初始化：初始化權(quán)重矩陣為單位矩陣w＝i(單位矩陣)；

25、(22)權(quán)重更新規(guī)則：在每輪迭代后，根據(jù)當前殘差rt動態(tài)調(diào)整權(quán)重矩陣；殘差rt表示當前估計結(jié)果與實際接收信號之間的差異，調(diào)整權(quán)重以優(yōu)化檢測值的加權(quán)結(jié)果；

26、根據(jù)當前的檢測模式和殘差，動態(tài)調(diào)整權(quán)重矩陣，權(quán)重調(diào)整的公式為：

27、

28、其中，η為學(xué)習(xí)率，los為損失函數(shù)；通過調(diào)整權(quán)重來提高檢測模式的準確性；

29、(23)信道估計支撐集更新：根據(jù)更新后的權(quán)重矩陣，重新計算支撐集γ并更新信道估計。

30、優(yōu)選的，步驟(23)信道估計支撐集更新方法為：使用更新后的支撐集γ重新計算信道估計矩陣殘差矩陣rt的更新公式為：其中sγ是支撐集中包含的感知矩陣。

31、優(yōu)選的，s3輸出結(jié)果：通過多輪迭代，mbpd算法最終輸出極化域內(nèi)的信道估計矩陣

32、優(yōu)選的，步驟s3中的停止條件具體為：當殘差rt小于設(shè)定的閾值，或者達到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時，迭代過程結(jié)束，輸出最終的信道估計矩陣

33、本發(fā)明提供了的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法。具備以下有益效果：

34、(1)本發(fā)明的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，通過多候選雙線性模式檢測(mbpd)算法，結(jié)合自適應(yīng)權(quán)重調(diào)整，提高了信道估計的準確性和魯棒性，特別適用于復(fù)雜的近場寬帶通信場景；尤其涉及適用于近場寬帶大規(guī)模多輸入多輸出(xl-mimo)系統(tǒng)的極化域信道估計方法。

35、(2)本發(fā)明估計方法，與現(xiàn)有方法相比，具有以下優(yōu)點：

36、高精度：多候選模式檢測克服了傳統(tǒng)方法只能選擇單一模式的限制，顯著提高了檢測的準確性。

37、魯棒性強：自適應(yīng)權(quán)重調(diào)整確保了在不同信道條件下的穩(wěn)健性，尤其在低信噪比條件下表現(xiàn)良好。

38、計算復(fù)雜度可控：雖然引入了多候選模式評估和權(quán)重調(diào)整，但整體復(fù)雜度仍可控，適合實際通信應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，包括步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，s1構(gòu)建系統(tǒng)近場信道模型，具體步驟如下：假設(shè)每個用戶的信號傳輸過程受多個稀疏路徑影響，每條路徑的信號強度由復(fù)增益gl,m表示，路徑的角度和距離由θl和rl表示，信道傳播特性符合球面波前模型；信道在極化域下表現(xiàn)出稀疏性；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，近場信道模型中，陣列響應(yīng)矢量α(θl,rl,fm)定義為其中并且rl(n)是從最后一跳散射到第n個基站天線的距離；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟s1構(gòu)建系統(tǒng)信道模型中還包括：接收信號的預(yù)處理，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟s2多候選雙線性模式檢測mbpd方法，對處理后的信號矩陣進行雙線性模式檢測，即在角度域和距離域中分別計算每個模式的響應(yīng)值，計算公式為：cr＝α(θr,rr,fm)，其中α(θr,rr,fm)是極化域的模式響應(yīng)，用于描述路徑的方向和距離；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟s2多候選雙線性模式檢測(mbpd)方法，具體包含兩個主要階段：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟s2中mbpd方法中，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟(23)信道估計支撐集更新方法為：使用更新后的支撐集γ重新計算信道估計矩陣殘差矩陣rt的更新公式為：其中sγ是支撐集中包含的感知矩陣。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，s3輸出結(jié)果：通過多輪迭代，mbpd算法最終輸出極化域內(nèi)的信道估計矩陣

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，其特征在于，步驟s3中的停止條件具體為：當殘差rt小于設(shè)定的閾值，或者達到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時，迭代過程結(jié)束，輸出最終的信道估計矩陣

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，解決近場寬帶XL?MIMO系統(tǒng)中信道估計難度大、精度低的問題，現(xiàn)有技術(shù)無法充分處理極化域中的復(fù)雜傳播現(xiàn)象，導(dǎo)致信道估計精度不高，且難以應(yīng)對頻率依賴的稀疏結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的基于多候選雙線性模式檢測的近場寬帶極化域信道估計方法，高精度：多候選模式檢測克服了傳統(tǒng)方法只能選擇單一模式的限制，顯著提高了檢測的準確性。魯棒性強：自適應(yīng)權(quán)重調(diào)整確保了在不同信道條件下的穩(wěn)健性，尤其在低信噪比條件下表現(xiàn)良好。計算復(fù)雜度可控：雖然引入了多候選模式評估和權(quán)重調(diào)整，但整體復(fù)雜度仍可控，適合實際通信應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：王涵,辛妮,肖平平,付齊偉
受保護的技術(shù)使用者：宜春學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10