没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
针对毫米波大规模多入多出系统在射频链路数量有限时,波束域信道估计是一个有挑战性的问题,提出一种基于优化BM3D的信道估计方案。利用基于三维透镜的多入多出系统信道矩阵可被视为二维自然图像的结构特性,将图像重构技术融入信道估计。BM3D 是目前最精确的图像去噪算法之一,通过块匹配实现分组,利用三维变换域的收缩完成协同滤波。考虑信道的稀疏特性和路径的聚类特性,对BM3D算法进一步优化以提高性能。仿真结果表明,提出的优化BM3D方案在所有考虑的信噪比区域均能取得令人满意的信道估计精度。
资源推荐
资源详情
资源评论
研究与开发
基于优化 BM3D 的毫米波大规模 MIMO 信道估计
邱佳锋
(杭州电子科技大学通信工程学院,浙江 杭州 310018)
摘 要:针对毫米波大规模多入多出系统在射频链路数量有限时,波束域信道估计是一个有挑战性的问题,
提出一种基于优化 BM3D 的信道估计方案。利用基于三维透镜的多入多出系统信道矩阵可被视为二维自然图
像的结构特性,将图像重构技术融入信道估计。BM3D 是目前最精确的图像去噪算法之一,通过块匹配实现
分组,利用三维变换域的收缩完成协同滤波。考虑信道的稀疏特性和路径的聚类特性,对 BM3D 算法进一步
优化以提高性能。仿真结果表明,提出的优化 BM3D 方案在所有考虑的信噪比区域均能取得令人满意的信道
估计精度。
关键词:毫米波通信;BM3D;大规模多入多出;波束域信道估计;三维透镜天线阵列
中图分类号:TN911.22
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.1000−0801.2020136
Optimized BM3D for mmWave massive
MIMO channel estimation
QIU Jiafeng
School of Communication Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018,China
Abstract: Focused on the issue in which beamspace channel estimation is challenging for mmWave massive MIMO
system when the number of RF chains is limited, a channel estimation scheme based on optimized BM3D was pro-
posed. The MIMO channel matrix based on 3D lens-based can be regarded as a 2D natural image, and the image re-
construction technology was integrated into the channel estimation. BM3D was considered as one of the most accu-
rate algorithms for image denoising , while the grouping was realized by block-matching and collaborative filtering
was accomplished by shrinkage in a 3D transform domain. Utilizing the sparsity feature of the channel and the clus-
tering feature of the paths, the BM3D algorithm was optimized in order to improve the performance. Simulations are
provided to show that proposed optimized BM3D scheme can achieve satisfactory accuracy in all considered SNR
regions.
Key words: millimeter-wave communications, BM3D, massive MIMO, beamspace channel estimation, 3D lens an-
tenna array
收稿日期:2019−12−19;修回日期:2020−04−17
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(No.LY12F01008)
Foundation Item: The Natural Science Foundation of Zhejiang Province of China (No.LY12F01008)
·45· 电信科学 2020 年第 9 期
1 引言
5G 移动通信系统利用毫米波频段大量的频
谱和大规模多入多出(massive MIMO)技术有效
地提高系统容量和频谱效率
[1]
。在毫米波大规模
多入多出系统中,因为在基站端引入大规模天线
阵列,使得系统实现的计算复杂度和硬件成本急
剧上升
[2]
。透镜天线阵列将传统的空域信道转换
到波束域,可以有效减少所需射频链路数量,进
而显著降低能耗和复杂度
[3]
。
然而使用有限的射频链路来获得毫米波大规
模多入多出系统的波束域信道状态信息在实际中
是困难的。参考文献[4]利用三维波束域信道模型
的水平方向和垂直方向的自由度,提出一种基于
自适应支撑检测的信道估计方案。参考文献[5]将
三维透镜天线阵列系统的信道矩阵视为一张二维
自然图像,提出一种源于图像重构领域的基于余
弦近似信息传递的信道估计方案。参考文献[6]将
去噪卷积神经网络融入用于信道估计的迭代稀疏
信号恢复算法,提出一种基于学习去噪的近似信
息传递(learned denoising-based AMP,LDAMP)
的信道估计方案。参考文献[7]首先使用学习近似
信息传递网络获得初步估计的信道矩阵,然后采
用参考文献[8]提出的残差网络以进一步减少信道
噪声的影响。
参考文献[9]提出一种基于去噪近似信息传递
(denoising-based AMP,D-AMP)的架构,以迭代
方式整合一类广泛的去噪器,包括高斯核回归、
双边滤波
[10]
、非局部均值
[11]
和块匹配三维滤波
(block-matching and 3D filtering,BM3D)
[12]
。其
中高斯核回归是最简单的去噪器,通过系数服从
高斯分布的滤波器实现;双边滤波根据相邻像素
的空间相近性和像素值的相似性计算权重,从而
设定相应的像素值;非局部均值计算具有相似邻
域像素的平均值,且像素邻域的有噪值相较于单
个有噪像素值可以更好反映其真实值;BM3D 可
看作非局部均值和小波阈值的结合体,在实际中
其显著优于上述技术,在移除噪声方面表现出色。
BM3D-AMP 是用于压缩信号恢复最精确的算法
之一。尽管参考文献[6]将 BM3D-AMP 作为对比
方案,但其采用的是标准配置 BM3D,信道估计
性能存在进一步改进空间。
针对毫米波信道严重的路径损耗,考虑在低
信噪比传播环境下进行信道估计。通过对 BM3D
参数进行合理设置,提出一种基于优化 BM3D
(optimized BM3D,OBM3D)的信道估计方案。
其可降低射频链路数,从而实现 5G 提出的绿色通
信。仿真结果表明提出的方案对于噪声和射频链
路数均具有较好的稳健性。
2 系统模型
考虑传统的毫米波大规模多入多出系统,基
站端有一个配备
M
N
×
天线阵列的三维透镜, K
条射频链路通过选择网络
K
MN
WQ
×
∈ 连接
M
N 根
天线。选择网络
W
采用全连接一位移相器并归一
化,即其每项为
1/ K±
。为简化描述,仅考虑使
用单天线的单用户,且只要不同用户的导频信号
在时间上正交即可拓展到多用户场景。
采用参考文献[13] 提出的基于几何的
Saleh-Valenzuela 毫米波信道模型。波束域信道矩
阵为:
() () ()
1
/(,)
P
iii MN
i
MN P
αφθ
×
=
=∈
∑
HA
R
(1)
其中,
P
表示路径数量,
()i
α
表示第 i 条路径的增
益,
()i
φ
和
()i
θ
分别表示入射平面波第 i 条路径的
水平方向和垂直方向的到达角。
() ()
(, )
ii MN
φθ
×
∈A
R
表示阵列响应矩阵,若
m
和
n
分别表示第 m 行和第 n 列,则由参考文献[14]有:
() ()
,
sin ( sin( ))sin ( sin( ))
ii
mn y z
AacmD cnD
φθ
=− −
(2)
其中,a 表示透镜孔径,
y
D
表示等效透镜长度,
z
D
剩余6页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38611254
- 粉丝: 4
- 资源: 898
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- C#ASP.NET快速开发平台源码带视频教程和操作手册数据库 SQL2008源码类型 WebForm
- 23网安六徐少方 20237209.cpp
- 多多买菜自动入库,拼多多自动入库使用
- a616354ce1a6e7d06267ae7821e38321.JPG
- 4e77c15f65be2f550de3265f33a4d427.JPG
- d25358831b9f038c041861d5add73551.JPG
- 大学专业课技术经济期末复习整理资料
- ToadForOracle-16.1-UserGuide.pdf
- (源码)基于WPF和Prism框架的物料入仓管理系统.zip
- 使用 .NET 6 或 .NET 7 进行 Web API 中的内容协商
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功