一種基于信道空間稀疏特性的迭代波束成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在無線多輸入多輸出（Multiple Input Multiple 0utput，MIM0)通信系統(tǒng)中利用信道間稀疏性降低迭代波束成形的天線訓(xùn) 練開銷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，在MMO系統(tǒng)中，根據(jù)接收端最大化信噪比準(zhǔn)則，獲得最優(yōu)波束成形 矩陣的方法是特征波束成形方法。在收發(fā)雙方都已知信道狀態(tài)信息（Channel Statement Information，CSI)的情況下，最優(yōu)的發(fā)送和接收波束成形矩陣可以通過對信道矩陣H進(jìn)行 奇異值分解（singular value decomposition，SVD)得到。具體原理敘述如下：
[0003] 假設(shè)MMO系統(tǒng)的接收天線數(shù)目為Nt，發(fā)射天線數(shù)目為Nk，信道矩陣H e 可以 進(jìn)行SVD分解，表示為H = UA VH，其中，（·）Η表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置，U= [U1, u2，...，uNK]和V =[Vl，ν2，...，νΝΤ]分別是大小為NkXNA NtXNt的酉矩陣，Λ是一個NkXNt對角陣，其對 角元為按降序排列的H的奇異值（σ σ 2, . . · σ m), m = min(NT, Nk)。
[0004] 對于Ns維的波束成形，發(fā)送端與接收端波束成形矩陣分別采用所述信道矩陣H的 右奇異矩陣V和左奇異矩陣U的前m列，即F= [VuV2V1^VmIUw= [UpU2,...，um]，其中， Ns^ m〇
[0005] 假設(shè)發(fā)送符號為X = [X1, χ2,…，xm]T，接收符號為y = Iiy1, y2,…，ym]T，噪聲
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于信道空間稀疏特性的迭代波束成形方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 利用稀疏多徑信道的幾何模型進(jìn)行稀疏建模，將與信道關(guān)聯(lián)的 接收信號的估計(jì)問題表示成稀疏信號的恢復(fù)問題，定義接收端字典矩陣
，其中，N表示接收端字典長度，定 義發(fā)送端字典矩陣
其中，M表示接 收端字典長度； 52、 初始化處理，具體如下： 521、 發(fā)送端隨機(jī)生成一個歸一化的NTX1向量f作為迭代初始向量，其中，乂為接收天 線數(shù)目； 522、 定義迭代次數(shù)NITEK，其中，NITEK> 1 ; 523、 定義迭代循環(huán)變量為k，令k= 1 ; 524、 定義S1所述和Atd; 53、 接收波束成形向量訓(xùn)練，具體如下： 531、 發(fā)送端在m個時隙上連續(xù)發(fā)送同一個向量f?至接收端，接收端依次在每一次接收 過程中使用的列作為波束成形加權(quán)合并向量，其中，所述?K為大小是NKXm的隨機(jī)高 斯矩陣①R，m<NK，根據(jù)壓縮感知理論，m的下限為0 (KlogN)，乂為發(fā)射天線數(shù)； 532、 經(jīng)過m次的發(fā)送，接收端得到一個包含m個獨(dú)立方程的欠定方程 組
其中，#表示第k次迭代接收端的加性高斯白噪聲向量，
533、 接收端使用稀疏信號恢復(fù)算法計(jì)算出表示接收信號到達(dá)角在S24所述字典矩陣 Am中的位置的稀疏向量zK，其中，zK是一個NX1的列向量，N表示S24所述字典AKD的長度， zK中有K個非零元素，K〈〈N; 534、Hf~AKDzK，所述Hf存儲在NKX1向量g中，即，其中，信道矩陣..； 535、 在接收端對S34所述向量g進(jìn)行歸一化，SP
54、 發(fā)送波束成形向量訓(xùn)練，具體如下： 541、 接收端在n個時隙上連續(xù)發(fā)送同一個向量g7至發(fā)送端，發(fā)送端依次在每一次接收 過程中使用的列作為波束成形加權(quán)合并向量，其中，n<NC為S35所述^的共軛， 為大小是NTXn的隨機(jī)高斯矩陣； 542、 通過n次的發(fā)送，發(fā)送端得到一個包含n個獨(dú)立方程的欠定方程組
，其中，nf表示第k次迭代發(fā)送端的加性高斯白噪聲向量，
543、 發(fā)送端使用稀疏信號恢復(fù)算法計(jì)算出表示接收信號到達(dá)角在S24所述字典矩陣 ATD中的位置的稀疏向量zT，其中，zT是一個MX1的列向量，M表示字典ATD的長度，zT中有 K個非零元素，K〈〈M; 544、 11"7^7士，所述礦7存儲在斗\1向量€中，即； 545、 發(fā)送端歸一化S44所述向量f，
55、 令k=k+1，比較比較k和NITEK的大小，若k彡N_則返回步驟S3,若k>N_則 前往步驟S6 ; 56、 輸出S45所述向量f，輸出S35所述向量g。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信道空間稀疏特性的迭代波束成形方法，其特征在 于：S22 所述NITEK= 4 或NITEK= 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于信道空間稀疏特性的迭代波束成形方法，其特征在 于：S33和S43所述稀疏信號恢復(fù)算法為正交匹配追蹤法和貝葉斯方法。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在無線多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)通信系統(tǒng)中利用信道間稀疏性降低迭代波束成形的天線訓(xùn)練開銷的方法。本發(fā)明提出一種基于信道空間稀疏特性的迭代波束成形方法，包括：利用稀疏多徑信道的幾何模型進(jìn)行稀疏建模；初始化；接收波束成形向量訓(xùn)練；發(fā)送波束成形向量訓(xùn)練等。本發(fā)明利用毫米波信道的空間稀疏性，將毫米波MIMO天線訓(xùn)練中接收向量的估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為稀疏重建問題，從而利用壓縮感知的相關(guān)理論，以極小的性能損失將冪迭代方法的開銷進(jìn)一步降低50％-60％。
【IPC分類】H04B7-04
【公開號】CN104779985
【申請?zhí)枴緾N201510204934
【發(fā)明人】成先濤, 付自剛
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月27日