[發明專利]一種大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計方法

有效

• 申請號: 201610279799.1
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105791186B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 李國兵;覃士超;呂剛明;張國梅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B7/0413
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計方法，包括以下步驟：1)上行鏈路下的TDD大規模MIMO系統中的基站端配備N根均勻線陣擺放的天線數，接收端為M個單天線用戶，用戶向基站發射導頻信號X，基站接觀測到導頻信號Y，H為用戶到基站端的信道矩陣，用戶m到基站的信道矢量為h_m，得波束域信號接收模型；2)構建大規模MIMO系統波束域的上行信道估計問題，再引入懲罰因子μ，得無約束問題，并將無約束問題進行松弛化，然后求解松弛化后的無約束問題，得最優秩對應的用戶到基站的信道矩陣，完成大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計。本發明能夠完成大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計，并且具有高精度、低復雜度的特點。

技術領域

本發明屬于無線通信系統的天線選擇領域，涉及一種大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計方法。

背景技術

大規模MIMO是未來5G無線通信系統的核心技術之一。為了獲得大規模天線陣列所帶來的性能增益，獲取精確的信道狀態信息(CSI)是非常重要的。這使得信道估計成為了大規模MIMO技術研究中的重要方向之一。

相對傳統MIMO系統來說，完成大規模MIMO系統的信道估計更加具有挑戰性。一方面，基站端配置的天線數上升到了幾十根甚至上百根，這使得待估計參數的維度大幅度上升，給估計帶來了巨大挑戰。例如，導頻開銷等；另一方面，基站天線數的增多使得某些系統，例如：FDD系統中的反饋開銷劇增。

具體地，大規模MIMO信道具有以下一些新的特性。

首先，假設基站端的均勻線陣以半波長擺放。由于不同用戶信道的導向矢量相同，這使得用戶間的信道是相關的。其次，由于用戶與基站間可辨識的路徑數遠小于基站天線數，這使得信道是低秩的；其次，研究指出，在大規模MIMO系統中，在波束域觀測下的信號具有近似的稀疏特性。即波束信道系數中僅有一小部分較大的值，而其它系數都近似等于零。所以，大規模MIMO系統的信道系數在波束域具有低秩和近似稀疏的雙重特性。

現有的大規模MIMO系統信道估計方案一般可以分為兩類，低秩估計和稀疏估計。這些方案僅僅考慮了某一方面，并不能反映信道的真實特性。因此，我們希望綜合考慮二者的特性，采用稀疏低秩聯合估計獲得更真實的信道。

綜上所述，針對大規模系統中的低秩稀疏信道估計問題，設計一種秩估計精度高且具有合理復雜度的方案是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計方法，該方法能夠完成大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計，并且具有高精度、低復雜度的特點。

為達到上述目的，本發明所述的大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)上行鏈路下的TDD大規模MIMO系統中的基站端配備N根均勻線陣擺放的天線數，接收端為M個單天線用戶，用戶向基站發射導頻信號X，基站接觀測到導頻信號Y，H為用戶到基站端的信道矩陣，用戶m到基站的信道矢量為h_m，得波束域信號接收模型；

2)構建大規模MIMO系統波束域的上行信道估計問題，再給大規模MIMO系統波束域的上行信道估計問題中引入懲罰因子μ，得無約束問題，并將無約束問題進行松弛化，然后采用基于IALM及半閾值算子的迭代算法求解松弛化后的無約束問題，得最優秩對應的用戶到基站的信道矩陣，完成大規模MIMO系統中的稀疏低秩信道聯合估計。

每個用戶向基站端發射長度為T的導頻信號基站端觀測到的導頻信號Y為：

Y＝XH+N (1)

其中，為用戶到基站端的信道矩陣，X為訓練信號，Y為基站端接收的信號，Ν為用戶m的加性高斯白噪聲，m∈{1,...,M}，