一种基于分簇的信道估计方法、系统、设备、介质及终端

本发明属于但不限于通信，尤其涉及一种基于分簇的信道估计方法、系统、设备、介质及终端。

背景技术：

1、无线通信系统的有效运转，比如信号检测、预编码、无线资源分配等都依赖于对信道信息的获取。因此，对信道状态信息csi(channel state information)的获取是3gpp标准协议的重要内容，从2009年问世的4g lte标准(r8)到2017年首发的5g nr标准(r15)，3gpp在持续不断地改进和增强对信道信息的获取能力。信道估计以及信道信息获取的质量高低，直接决定了无线通信系统的整体性能，是无线通信系统成败的关键所在。

2、大规模天线阵技术借助装备更多的天线，可以大幅提高数据吞吐率和频谱效率，因此被广泛应用于各种无线通信系统。若为每根天线配备一个独立的射频单元，则会使得无线通信系统的造价过于高昂。因此，简单有效低成本的信道估计技术对于大规模天线阵系统显得尤为重要。现有的大规模天线阵系统充分发挥空间稀疏性的优势，将接收到的时频域信道变换到更稀疏的波束域。然后，按照能量(幅度)依次选取峰值波束，直到所选波束的加和能量超过预设门限比如85％为止。接着，保留所选波束，将其他位置上的波束置零。最后，对波束筛选后的信道进行波束域逆变换，反向重构恢复到时频域得到信道估计结果。

3、鉴于上述分析，现有技术存在的急需解决的技术问题为：现有的无线通信系统如果峰值点选取错误，将会大幅降低信道估计的精度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于分簇的信道估计方法、系统、设备、介质及终端。

2、本发明是这样实现的，一种基于分簇的信道估计方法，包括：

3、s1，将目标信号变换到波束域；

4、s2，对得到的波束域信号进行分簇处理；

5、s3，对所得分簇进行簇间筛选；

6、s4，对筛选后的分簇进行簇内筛选；

7、s5，根据筛选所得波束对信道进行反向重构。

8、进一步，s1中，所述目标信号是时频域信号或初步估计后的时频域信道信号，初步估计后的信道为：最大比合并mrc(maximal ratio combining)，最小均方ls(leastsquares)信道估计，线性最小均方误差lmmse(least minimum mean square error)信道估计；

9、进一步，s2中对得到的波束域信号进行分簇处理，分簇所参考的参数包括但不限于：波束时延，波束到达角，波束能量。根据实际情况，具体分簇所用参数可以是所列参考参数的一种或多种组合。

10、进一步，对所得到的波束簇进行筛选，去除簇能量小于噪声能量的簇。

11、进一步，簇间筛选的准则包括：

12、①根据门限选择应该保留的簇。将簇按能量从大到小排列，选择簇能量加和大于所定门限的簇，比如选择簇加和能量占比大于总能量85％的簇。

13、②根据分段门限选择应该保留的簇。根据接收到信道信号或者初步估计后的信道信号能量大小分段划分门限。对于对应分段按照预设门限对簇进行选择。

14、③根据自适应门限对簇进行选择。作为一种实施例，自适应门限可以是总波束数除以总簇数，再乘以噪声能量。

15、④根据人工智能对簇进行选择。作为一种实施例，可以借助人工智能神经网络可以对特征进行识别的能力，学习真实簇和接收到的信道信号或初步预估信道之间的映射关系，通过该映射关系对簇进行筛选。

16、⑤根据时延对簇进行选择。作为一种实施例，可以借助时延对干扰所造成的影响进行筛选，去除那些时延超出所设计通信范围并且能量过大的簇。

17、⑥根据波束方向对簇进行选择。作为一种实施例，可以借助波束方向对干扰所造成的影响进行筛选，去除那些来波方位与所通信基站波束方位不一致的簇。

18、⑦根据时延、方位联合对簇进行选择。作为一种实施例，去除那些时延超出所设计通信范围、能量过大且来波方位与通信基站波束方位不一致的簇。

19、对所选择的波束簇进行簇内选择，根据簇内各波束的能量大小，选出每簇的峰值点波束。

20、进一步，保留所选择出的波束位置，将其他位置的波束置零，并将筛选后的波束域信道逆变换到时频域，即可得到分簇增强的信道估计结果。

21、本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于分簇的信道估计方法的基于分簇的信道估计系统，包括：

22、目标信号变换模块，用于将目标信号变换到波束域；

23、分簇处理模块，用于对得到的波束域信号进行分簇处理；

24、簇间筛选模块，用于对所得分簇进行簇间筛选；

25、簇内筛选模块，用于对筛选后的分簇进行簇内筛选；

26、反向重构模块，用于根据筛选所得波束对信道进行反向重构。

27、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述基于分簇的信道估计方法和步骤。

28、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述基于分簇的信道估计方法和步骤。

29、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端包括所述基于分簇的信道估计系统。

30、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

31、第一、本发明基于分簇的信道估计以簇为切入点，对信道进行空间波束域滤波，可以有效滤除实际中“假”峰值点的影响，从而对信道估计进行增强，避免性能损失。

32、本发明的技术方案主要解决了现有技术中的以下技术问题，并取得了显著的技术进步：

33、1.现有技术中的技术问题

34、1)信道估计精度低：在多径传播环境中，传统的波束域信道估计方法往往受到信号噪声和干扰的影响，错误的选择“假”峰值点对信道进行重构，导致信道估计精度不高。现有方法通常难以有效区分主导路径和次要路径，容易产生估计误差，从而影响通信系统的整体性能。

35、2)复杂环境下的鲁棒性不足：在复杂的无线通信环境中，信号传播路径复杂且多变，现有技术在面对多径干扰、信号衰落等情况下，往往无法保持稳定的估计性能，导致系统可靠性不足。

36、3)计算复杂度高：传统信道估计方法在处理大规模天线阵列或复杂场景时，计算量大，处理效率低，难以满足实际应用中实时处理的要求。这种高计算复杂度不仅增加了系统的硬件要求，还延长了处理时间，影响了系统的实时性。

37、2.本发明的显著技术进步

38、1)提高信道估计精度：通过将目标信号变换到波束域，并采用分簇处理和多层筛选，本发明能够有效区分主导路径和噪声干扰，提高信道估计的精度。特别是通过簇间筛选和簇内筛选，系统能够在多径环境中准确提取有用信号，减少估计误差。

39、2)增强系统鲁棒性：本发明利用分簇处理技术，在复杂的无线环境下，能够更好地适应多径传播、信号衰落等复杂场景，显著提升了系统的鲁棒性和稳定性。这种鲁棒性使得系统在面对不同的传播环境时，仍能保持较高的信道估计性能，从而提高了通信系统的整体可靠性。

40、3)降低计算复杂度：通过分簇技术将信道估计问题分解为多个小规模问题，本发明有效降低了计算复杂度。簇内筛选减少了不必要的计算量，使得系统能够在保证估计精度的前提下，显著提高处理效率，满足了大规模天线阵列和复杂场景下的实时处理需求。

41、综上所述，本发明在解决信道估计的精度、鲁棒性和计算复杂度问题上取得了显著的技术进步，为现代无线通信系统提供了一种更高效、更可靠的信道估计方法。

42、第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明所述基于分簇的信道估计可以很好的滤除“假”峰值点所带来的影响，提高无线通信系统信道估计的精度，尤其是在低信噪比的场景。“假”峰值点的来源通常有三种形式，一是电磁波反射、折射、衍射的随机叠加，二是随机噪声，三是随机干扰。3gpp商用无线通信系统一般采用付费频段，随机干扰所带来的“假”峰值点影响要小一些主要是多径效应的随机叠加和随机噪声的影响。对于3gpp商用无线通信而言，在低信噪比取得更好信道估计性能意味着基站覆盖范围的扩大，不用过于密集的部署基站。因此，本发明所提基于分簇的信道估计技术可以大幅节省实现3gpp无线通信系统的成本。对于采用公共频带的无线通信系统，如wifi和蓝牙，除了多径效应和随机噪声，其时刻面临着随机干扰所带来的“假”峰值点影响。本发明所提基于分簇的信道估计可以大幅提高这些采用公共频带无线通信系统的性能，因此具备极高的商业价值。除了无线通信系统，有线通信系统也面临着随机串扰的影响，本发明所提基于分簇的信道估计在有线通信系统也有着很高的商业价值潜力。

43、本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：现有的波束域信道估计都是直接对波束进行选取，没有考虑到实际系统中由于电磁波的反射、折射、衍射所带来的随机叠加，随机噪声，随机干扰等形成的“假”峰值所带来的影响。一旦有“假”峰值出现，现有的波束域信道估计经常会将其当成真实的波束，按照其所在的波束位置对信道进行反向重构，带来信道估计性能的损失。本发明所提基于分簇的信道估计，在继承现有波束域信道估计优势的同时，有效规避了“假”峰值点的影响，这在国内外属于首创，填补了信道估计技术的空白。

44、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

45、采用公共频带的无线通信系统，比如wifi，一直无法摆脱同频随机干扰带来的影响，使得这些无线通信系统的性能面临巨大的不确定性，从而很难部署到对确定性和稳定性要求很高工业场景。本发明所提基于分簇的信道估计可以很好的滤除随机干扰的影响，使得采用公共频段无线通信系统的性能变得更加确定和稳健，从而为以工业场景等诸多商用场景带来了更低成本的解决方案。

46、本发明的技术方案克服了技术偏见：长期以来，因为随机干扰的存在，人们对采用公共频段的无线通信系统存在着系统性能不确定的刻板印象，很少会在确定性要求较高的场景，比如工业生产中使用。本发明所提基于分簇的信道估计很好的解决了随机干扰所带来“假”峰值点的影响，为采用公共频段无线通信系统在确定性要求高的场景使用提供一种解决方案，克服了传统刻板印象。

技术特征：

1.一种基于分簇的信道估计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于分簇的信道估计方法，其特征在于，s1中，所述目标信号是时频域信号或初步估计后的时频域信道信号，初步估计后的信道信号为：最大比合并mrc，最小均方ls信道估计，线性最小均方误差lmmse信道估计。

3.如权利要求1所述的基于分簇的信道估计方法，其特征在于，s2中对得到的波束域信号进行分簇处理，分簇所参考的参数包括但不限于：波束时延，波束到达角，波束能量，根据实际情况，具体分簇所用参数可以是所列参考参数的一种或多种组合。

4.如权利要求1所述的基于分簇的信道估计方法，其特征在于，对所得到的波束簇进行筛选，去除簇能量小于噪声能量的簇。

5.如权利要求1所述的基于分簇的信道估计方法，其特征在于，簇间筛选的准则包括：

6.如权利要求1所述的基于分簇的信道估计方法，其特征在于，保留所选择出的波束位置，将其他位置的波束置零，并将筛选后的波束域信道逆变换到时频域，即可得到分簇增强的信道估计结果。

7.一种实现如权利要求1～6任意一项所述基于分簇的信道估计方法的基于分簇的信道估计系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述的基于分簇的信道估计方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述的基于分簇的信道估计方法的步骤。

10.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端包括如权利要求7所述的基于分簇的信道估计系统。

技术总结
本发明属于但不限于通信技术领域，尤其涉及一种基于分簇的信道估计方法、系统、设备、介质及终端，包括：S1，将目标信号变换到波束域；S2，对得到的波束域信号进行分簇处理；S3，对所得分簇进行簇间筛选；S4，对筛选后的分簇进行簇内筛选；S5，根据筛选所得波束对信道进行反向重构。本发明基于分簇的信道估计以簇为切入点，对信道进行空间波束域滤波，可以有效滤除实际中“假”峰值点的影响，从而对信道估计进行增强，避免性能损失。

技术研发人员：祖克珂
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5