一種自適應稀疏度的混合場信道估計算法

王華華,龔自豪,蔣天宇

(重慶郵電大學 通信與信息工程學院,重慶 400065)

0 引 言

第六代(6G)移動網絡有望賦能新興應用,如全息視頻、數字復制品等。為了實現這些愿景,需要開發新的無線技術,以滿足6G的關鍵性能指標,而這些指標遠優于5G[1]。例如,由于巨大的空間復用和波束賦形增益,超大規模多輸入多輸出(Extremely Large-scale Multiple-Input Multiple-Output,XL-MIMO)系統有望將6G的頻譜效率提高10倍[2]。

與5G的大規模MIMO不同,6G的XL-MIMO不僅意味著天線數量的急劇增加,而且會導致電磁輻射特性的根本變化[3]。XL-MIMO中的電磁輻射可以分為近場輻射和遠場輻射,不同輻射區域中散射分量的信道特性不同。文獻[4]提出了瑞利(Rayleigh)距離作為兩場的界限：若散射體離基站的距離大于Rayleigh距離則為遠場區域,遠場區域中的信道可以采用類平面波進行模擬建模;若散射體離基站的距離小于Rayleigh距離則為近場區域,近場區域中的信道則采用類球面波進行模擬建模。因此,XL-MIMO系統的混合場信道估計方案需要同時考慮近場信道分量和遠場信道分量。

對于遠場信道,通常考慮角度域中的信道稀疏性來進行信道估計[5]。遠場信道的陣列導向矢量僅與每根天線的角度相關,因此可以借助于經典的離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)矩陣在角域中將遠場信道進行稀疏表示,然后通過一些壓縮感知(Compressed Sensing,CS)算法用較低的導頻開銷來估計信道[6]。對于近場信道,信道的陣列導向矢量不僅與角度有關還與基站和散射體之間的距離有關,因此經典的角域信道表達式已不再適用。……