1.一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:S1、采集非视距传播条件下的多用户毫米波大规模天线阵的无线信道测量数据,采用方向矢量下的加权方法整合为信道矩阵;
S2、基于空间交替广义期望最大化算法,在S1中的信道矩阵中增加导向矢量的垂直维度,并且将待估路径参数通过频域脉冲响应划分为传播时延、发射端的水平与垂直角度和接收端的水平与垂直角度三个参数子集;
S3、根据S2的参数子集,采用传播时延与三维空间角度的联合搜索策略对各路径信道参数进行迭代运算,并在迭代运算中按照使各路径信道参数似然函数最大化与单调不减判决的原则,在当前待估参数子集中更新信道参数;
S4、根据S3中的路径参数提取结果,进行多径分簇特性分析,得到簇内时延扩展与角度扩展特性。
2.根据权利要求1所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述测量数据由测量设备测得,所述测量设备包括矢量网络分析仪、毫米波高功率放大器、低噪声放大器、精密步进电机控制云台和一对垂直极化双锥全向天线;
并且所述测量设备的测量环境为两个用户的非视距传播;
所述测量设备的测量系统参数设置信息包括的中频载频、4GHz的带宽、2MHz的频率分辨率、大小为4×4/10×10/20×20的发射端均匀平面阵、单天线接收端。
3.根据权利要求2所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述发射端使用垂直极化的双锥全向天线构建虚拟大规模天线阵列;
所述接收端为一个全向天线,天线阵中第k个子信道的单位向量计算方法为:各阵元到原点间的距离计算为:
Δdx,y,z(θk,φk)=d(x‑1)vx+d(y‑1)vy+d(z‑1)vz其中,θk, 分别是第K频点处阵元相对于原点的俯仰角和方位角,d为阵元间的间距。
4.根据权利要求1所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述S1中的信道矩阵为信道的冲击响应函数整合,且信道矩阵包括信道频域响应矩阵,所述信道频域响应矩阵的计算式为:其中, 是接收天线与原点对齐时传播信道的复权重;
表示阵元相对原点的传播时延,c表示光速,θk, 是分别第K频点处阵元相对于原点的俯仰角和方位角,XYZ分别表示立体虚拟阵列的X轴、Y轴、Z轴,f为测量频点。
5.根据权利要求1所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述S2中频域脉冲响应是当接收信号为l条路径叠加和时的建模方法,计算公式为其中,f为测量频点,m和n分别表示接收天线和发送天线阵列的空间维度,αl和τl分别表示第l条路径的复幅值和传播时延,导向矢量α(ψR,l)与b(ψT,l)表示无线信道的传播路径的到达角和离开角响应,矢量中的ψR,l和ψT,l是由水平角和俯仰角决定的单位向量。
6.根据权利要求5所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:在所述发射端,第l条路径的单位向量ΨT,l的计算方法为:其中,第l条路径的水平方位角和垂直俯仰角的取值范围为 θT,l∈[0,π];
其中,λ,P(ψ), γ分别表示电磁波波长、天线辐射图、天线相位矢量和天线位置矢量。
7.根据权利要求5所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述测量频点的取值范围为1≤f≤K时,第k个测量频点处的频域接收信号计算为:其中,第l条路径的传输信号计算为:
其中, 为第l条路径的参数向量,向量元素分别表示传播路径的复幅值、传播时延、水平到达角AAoA和垂直到达角EAoA,N(f)表示频域内的复高斯白噪声。
8.根据权利要求5所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述第l条路径在进行频域时延和三维空间角度联合参数估计时,到达接收端的输出信道矩阵矢量计算方法为:在频域中,L条路径叠加的接收信号表示为
将接收信号中待估计的路径参数划分为传播时延、发射端和接收端三维角度三个子集,即用 分别表示发射端和接收端待估计的参数集,计算为:所述第l条路径的完备数据 计算公式为:
其中,“^”类参数为第l条路径的初始值或上一次迭代后的估计值。
9.根据权利要求1所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述S3中时延和三维空间角度的联合迭代搜索策略是寻找使似然函数最大的角度值和时延值,频域计算公式为:其中,Mx与Ny分别表示虚拟UPA中沿X轴方向和Y轴方向的天线单元数,K是频点数;
所述S3中在搜索迭代运算中按照使各路径信道参数似然函数最大化与单调不减判决的原则,进行当前待估子集中的参数更新,似然函数计算为:其中,fk表示第k个测量频点对应的频率值,(·)*表示共轭运算符操作;
迭代搜索后所述S2中的三个参数集的变化小于等于给定阈值时,是指迭代判断式为:是否成立,若不成立,则将第l径信号的信道参数更新为 否则继续在待估参数子集中搜索补集中的信道参数,其中 表示第u次迭代后第l径信号的路径参数值,为第l条路径的参数向量。
10.根据权利要求1所述的一种针对毫米波3D MIMO信道的路径参数提取方法,其特征在于:所述步骤S4中的参数提取结果,用于对多径参数进行分簇研究,获得不同天线阵列大小下多径簇特性以及时延扩展和三维角度扩展特性。