【基于SAGE算法的信道参数模拟和估计研究的文献综述4200字】

基于SAGE算法的信道参数模拟和估计研究的国内外文献综述摘要：在sage算法下，随着无线接入设备数目的急剧增长以及人们对于高速率，高质量通信的要求提高，关于第五代（5thGeneration,5G）移动通信系统的研究正在如火如荼地如荼地展开.为了有效解决或突破目前通信系统面临的瓶颈和挑战，需要合理规划网络架构，并使用一些先进技术来达到5G的愿景和要求.毫米波和大规模多输入多输出（Multiple-InputMultiple-Output,MIMO）作为5G的两种关键技术，它们的应用对于解决现有频谱资源紧张和提高信道容量，频谱效率，能量效率等问题有重要意义.毫米波通信可以借助于大规模MIMO补偿路径衰减，大规模MIMO可以利用毫米波波长较短的特点极大减小阵列尺寸，二者结合相互补充，极大突出各自的优势，从而满足5G通信系统的部分需求.但这些技术的使用会给无线信道带来不同于传统信道的传输特性，为了更好地了解毫米波大规模MIMO无线信道中信号的传输特性，进而对通信系统进行合理设计和优化，则需要借助于大量不同场景，天线配置和工作频段等的信道测量.此外，由于阵列尺寸的增大以及更高路径分辨率的要求，需要使用高分辨率，低复杂度的处理算法对获取的测量数据进行分析.因此，考虑到目前仍然缺少毫米波大规模MIMO信道测量和特性分析工作，以及现有信道参数估计算法所面临的精确度和复杂度的问题亟需解决。一、国外文献综述RachidS（2018）提出由于毫米波具有高带宽，高速率和高安全性等特点，以及高分辨率算法可以精确地提取毫米波信道中的相关参数，同时类似于高铁站等大规模且对通信质量要求颇高的高热点高容量环境里毫米波段信道测量与信道建模是研究第五代移动通信的关键技术，高分辨率算法在毫米波信道测量与建模中的参数提取应用故而成为了学术界的研究热点.本文就基于高分辨率算法通过实地测量和建模仿真的方法研究了室内多种复杂高热点环境毫米波信道特征，得到了室内视距和非视距环境下多径波达方向等信道参数的传播特性，为5G(TheFifthGenerationMobileCommunication，第五代移动通信）通信的研究发展提供了理论依据。LongX,YaoJ（2019）提出为提高独居老人看护，地震及消防救援等场景下人体目标无源定位和感知精度，基于空间交替广义期望最大化（SAGE）算法，提出了一种室内多目标毫米波无源定位和生命体征检测算法.首先，在毫米波WiFi系统中利用毫米波的高空间分辨率和人体目标固有的特征（即人体呼吸和心跳频率在一定范围内变化），对采集的信道响应在时域上进行滤波预处理，有效提取目标直接反射径；然后，将人体目标位置参数及呼吸心跳频率看作多径信号参数，将多目标无源定位和生命体征监测建模为信道测量的多径信号参数估计问题；最后，利用SAGE算法实现多个静止目标的位置信息和生命体征参数的联合估计.所提算法利用了人体先验信息，并同时对时域，频域和天线空间域的信息进行分析，提高了估计精度，降低了计算复杂度.实验和仿真结果表明，所提算法在微波暗室环境下可以有效估计人体目标的呼吸和心跳频率，其估计精度分别可达97.1%,97.7%；在多目标场景下，与传统基于WiFi的无源定位和感知算法相比，所提算法的定位误差降低约70%，呼吸频率估计精度提高约19%.SancarS,KarakayaB（2018）提出基于5G毫米波应用频段，开展了全向天线，喇叭天线以及阵列天线的信道测量与信道参数对比分析研究.利用空间交替广义期望最大化（space-alternatinggeneralizedexpectation-maximization,SAGE）算法提取了多径信道参数，包括多径时延，到达角，多径强度等，基于多径分量距离（multipathcomponentdistance,MCD）对多径分量进行了分簇结果的对比，对比分析了相同测量点处不同天线形式得到的信道参数差异.结果表明，同场景下不同天线的信道参数测量结果会有较大差别，全向天线路损指数最小，阵列天线均方根（root-mean-square,RMS）时延扩展和RMS角度扩展均最小，喇叭天线可以得到较多的簇.本文为5G毫米波频段信道建模提供了不同天线形式信道参数结果对比分析数据。二、国内文献综述龙向阳，姚建国（2019）针对基于导频污染的大规模多输入多输出系统，提出一种空间交替广义期望最大化（SAGE）迭代的信道估计算法.将发送和接收的导频符号形成完备的数据空间集，利用基于导频的最小均方误差估计器初始化信道参数，通过导频符号和软信息迭代改进并更新初始估计数据.实验结果表明，该算法通过一次SAGE迭代即可实现精度收敛，且在高信噪比及导频污染的情况下相比基于导频的估计器具有更高的估计精度及频谱效率.何晨昊，齐丽娜（2021）在大规模多输入多输出（multiple-inputmultiple-output,MIMO）系统中，空间交替广义期望最大化（space-alternatinggeneralizedexpectation-maximization,SAGE）算法可以精准有效地估计出信道参数信息，从而被广泛使用。刘永胜，侯春枝（2021）提出基于5G毫米波应用频段，开展了全向天线，喇叭天线以及阵列天线的信道测量与信道参数对比分析研究.利用空间交替广义期望最大化（space-alternatinggeneralizedexpectation-maximization,SAGE）算法提取了多径信道参数，包括多径时延，到达角，多径强度等，基于多径分量距离（multipathcomponentdistance,MCD）对多径分量进行了分簇结果的对比，对比分析了相同测量点处不同天线形式得到的信道参数差异.结果表明，同场景下不同天线的信道参数测量结果会有较大差别，全向天线路损指数最小，阵列天线均方根（root-mean-square,RMS）时延扩展和RMS角度扩展均最小，喇叭天线可以得到较多的簇.本文为5G毫米波频段信道建模提供了不同天线形式信道参数结果对比分析数据。李树（2018）提出第五代（Fifth-Generation,5G）移动通信系统除了满足传统的连续广域覆盖外，还要实现未来物联网中的万物互联，其用户体验速率、流量密度、时延、能效等成为不同应用场景的主要性能指标。大规模天线等高效的传输的和超密集组网等技术离不开对5G信道传播特性和模型的深刻认知。和4G相比，5G信道模型在频率一致性、空时连续性等方面提出了更高要求。为适应5G信道模型标准化，传输新技术的评估和系统设计的需要，本文基于5G候选频段和典型场景开展了信道测试、建模和仿真研究工作。论文的主要研究内容和创新点包括：(1）毫米波重点频段室外微蜂窝场景信道建模与仿真基于Keysight先进的时域信道探测平台，在26、32和39GHz频段开展了室外微蜂窝场景信道测试。结合毫米波信道测试系统特点和大量的测试数据，研究了路径损耗、参数提取、分簇、莱斯因子的计算和建模方法。利用空间交替广义期望最大化算法提取信道参数，较为全面地研究了信道特性，对比研究了参数化和非参数化建模结果，分析了环境因素对信道特征参数的影响，研究了5G毫米波新频段的传播规律，并建立了信道的统计模型。杨小龙，佘媛，周牧，等（2022）针对商用Wi-Fi设备中由于天线数量和信道带宽有限而导致的到达角（AoA）和飞行时间（ToF）估计精度受限问题，以及现有基于最大似然估计的3维参数估计算法容易收敛于局部最优值，且依次对参数进行估计的方式使参数之间会互相影响的问题，该文提出一种基于Wi-Fi信道状态信息（CSI）的AoA,ToF和多普勒频偏（DFS）的3维联合参数估计算法，以提高参数估计精度和信号分辨能力.首先，通过分析CSI数据，构造包含AoA,ToF和DFS信息的3维矩阵，并对构造的3维矩阵进行降维处理.其次，设计了一种3维空间平滑算法，以消除相干信号对参数估计的影响.最后，利用空间谱估计算法，同时估计出AoA,ToF和DFS3个参数.实测结果表明该文所提3维联合参数估计算法的参数估计精度和信号分辨能力高于现有的SAGE和2维参数估计算法.李文，陈志刚，姬智（2022）为提高独居老人看护，地震及消防救援等场景下人体目标无源定位和感知精度，基于空间交替广义期望最大化（SAGE）算法，提出了一种室内多目标毫米波无源定位和生命体征检测算法.首先，在毫米波WiFi系统中利用毫米波的高空间分辨率和人体目标固有的特征（即人体呼吸和心跳频率在一定范围内变化），对采集的信道响应在时域上进行滤波预处理，有效提取目标直接反射径；然后，将人体目标位置参数及呼吸心跳频率看作多径信号参数，将多目标无源定位和生命体征监测建模为信道测量的多径信号参数估计问题；最后，利用SAGE算法实现多个静止目标的位置信息和生命体征参数的联合估计.所提算法利用了人体先验信息，并同时对时域，频域和天线空间域的信息进行分析，提高了估计精度，降低了计算复杂度.实验和仿真结果表明，所提算法在微波暗室环境下可以有效估计人体目标的呼吸和心跳频率，其估计精度分别可达97.1%,97.7%；在多目标场景下，与传统基于WiFi的无源定位和感知算法相比，所提算法的定位误差降低约70%，呼吸频率估计精度提高约19%.侯春枝，刘永胜，吴振森，等（2021）毫米波技术和大规模多输入多输出天线技术是5G移动通信系统的关键技术.为了研究60GHz毫米波频段宽带信道特性，在会议室进行了65.5GHz频段的信道测量活动.首先基于方向性路损模型，研究路径损耗指数和阴影衰落特性；然后基于空间交替广义期望最大化（space-alternatinggeneralizedexpectation-maximization,SAGE）参数化分析算法，提取水平到达角，时延和幅度信息；最后根据多径分量距离方法，对多径分量进行分簇，分析均方根时延扩展和均方根角度扩展特性.实测结果表明：视距情况下，方向性路损在固定截距和浮动截距两种方式的拟合下与自由空间路径损耗模型相近；65.5GHz下环境中的簇具有稀疏性；时延扩展和角度扩展的结果与第三代合作伙伴计划（the3rdGenerationPartnershipProject,3GPP）的结果相近.本文提供的信道参数对于5G毫米波60GHz频段信道建模和仿真具有重要参考意义.三、文献综述综上所述，国内外文献让笔者知道了随着无线通信技术的迅速发展，网络设备和智能终端的数量持续增长，致使网络流量趋近指数增长.为了满足类似3D视频，增强现实等新兴业务对高速率，低时延等方面的要求，研究学者们纷纷致力于对5G关键技术的研究.毫米波作为5G关键技术之一，因其丰富的频谱资源的特点而得到业界研究学者的青睐.由于毫米波传输损耗大，穿透性能差，对障碍物敏感等特性，通常将毫米波作为室内WiFi热点或者微微蜂窝接入网提高信道的容量.为了更好地使用毫米波频段资源，有必要研究毫米波宽带通信的特性，建立毫米波信道模型，从而对建立毫米波蜂窝网络提供参考价值.参考文献：[1]RachidS.StatisticalUWBchannelmodelparametersestimationbasedonSAGEalgorithm.2018.[2]LongX,YaoJ.SAGEIterativeChannelEstimationAlgorithmforMassiveMIMOSystems[J].ComputerEngineering,2019.[3]SancarS,KarakayaB.SAGEalgorithmbasedMAPchannelestimationformulti-cellmassiveMIMOsystems[C]//2018WirelessTelecommunicationsSymposium(WTS).2018.[4]龙向阳,姚建国.用于大规模MIMO系统的SAGE迭代信道估计算法[J].计算机工程,2019,45(8):5.[5]何晨昊,齐丽娜.基于空间交替广义期望最大化算法的信道参数估计的改进[J].科学技术与工程,2021.[6]刘永胜,侯春枝,林乐科,等.5G毫米波频段不同天线形式信道参数测量及对比分析[J