[發明專利]大規模MIMO系統的超精細信道估計方法

有效

• 申請號: 201810331269.6
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108512787B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 唐超;成先濤;李少謙
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.大規模MIMO系統的超精細信道估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、系統初始化，獲得觀測數據，具體為：

S11、基站向移動端廣播導頻信號，獲得觀測數據為：

Y＝Φ_r*H*Φ_t^H

其中Φ_t、Φ_r分別為收發雙方的波束，H為信道；

S12、將觀測數據的數學模型轉化為壓縮感知測量模型為：

y＝Φ*ψ*a+n

其中，參數設定為：a服從均值為0、方差為α^-1的復高斯分布，即：

n服從均值為0、方差為β^-1的復高斯分布，即：

α服從均值為c、方差為d的Gamma分布，即：α～G(c,d)；

β服從均值為e、方差為f的Gamma分布，即：β～G(e,f)；

S2、進行變分貝葉斯推斷，估計信道信息：

S21、設置最大迭代次數為N_max1，迭代終止門限Thr1，給定Gamma分布的初始參數c₀、d₀、e₀、f₀，初始化后驗均值u₀＝0，當前迭代次數n＝1；

S22、計算的后驗分布的均值和方差：

Σ＝(β(Φψ)^HΦψ+A)^-1

u＝Σ*(β(Φψ)^Hy)

A＝diag{α}；

S23、更新參數α、β：

其中，P＝P_r*P_t，P_r為接收方測量次數，P_t為發送方測量次數；

S24、計算當前迭代均值變化率最大的元素：

max(·)指取向量中最大的元素；

S25、判斷是否滿足收斂條件或達最大迭代次數：

收斂條件設置如下：

|d^n-1-d^n-2||d^n-1-d¹|*Thr1

若滿足收斂條件或達最大迭代次數，則終止迭代，輸出否則返回S22；

S3、對由變分貝葉斯推斷得到的粗估計值進行截斷過程：

S31、依據截斷法則得到有效幅度估計值a_p、有效索引index^p以及有效字典的列組成的矩陣ψ_p；

截斷法則如下：

其中，為中元素絕對值最大的元素，尋找中幅值相對較大的元素，并記錄對應索引index^p，index^p為一數組，包含所有被選擇的位置，其長度記為K_p，截斷后的記為a_p，有截斷后的ψ記為ψ_p，有ψ_p＝ψ(:,index^p)，N＝N_r*N_t，N_t為發射端天線數，N_r為接收端天線數；

S32、計算粗估計得到的離開角、到達角所對應的字典索引index^t、index^r：

字典ψ中包含了到達角與離開角的信息，index^p表示對字典ψ中各列的選擇，計算粗估計得到的離開角、到達角所對應的字典索引需要對index^p進行分解；index^r表示對字典ψ_r中各列的選擇、index^t表示對字典ψ_t中各列的選擇，離開角、到達角對應字典中各列的索引滿足如下等式：

index^p＝(index^t-1)×K+index^r

其中，K為字典稀疏度，故有：

index^r＝index^p-(index^t-1)×K

index^t＝(index^p-index^r)/K+1

S33、計算粗估計得到的離開角到達角θ_p：

θ_p＝(-1+re*(index^r-1))^T

按照信道模型由θ_p可計算得到截斷后的到達角構成的字典ψ_rp，截斷后的離開角構成的字典ψ_tp，

S4、利用牛頓優化法進行精細估計：

S41、建立目標函數如下：

其中，a_p、θ_p、為可優化變量，且Ω表示優化變量的集合，

故有：

S42、設置最大迭代次數為N_max2、迭代終止門限值為Thr2并初始化，初始化當前迭代次數s＝0，以截斷后的變分貝葉斯推斷估計值作為精細估計初始值，即有目標函數的初始值為

S43、由下式計算目標函數關于θ_p、的梯度和海塞矩陣

C_r、C_t均為對角矩陣，且N＝N_r×N_t，C_t中n′∈[1,N_t]，為維度為N_r×N_r的單位矩陣；

C_r＝diag{r,…,r}

C_r²＝C_r*C_r

C_t²＝C_t*C_t

S44、由下式更新離開角、到達角θ_p^s

S45、依據理想信道模型以及θ_p^s、更新得到到達角構成的字典ψ_rp^s、離開角構成的字典ψ_tp^s，進而更新得到ψ_p^s＝(ψ_tp^s)^*⊙ψ_rp^s；

S46、由下式更新a_p^s

a_p＝[(Φψ_p)^H*(Φψ_p)]^-1*(Φψ_p)*y

S47、由下式計算當前目標函數的值

S48、由下式計算當前目標函數變化率

更新g₀＝g^s；

S49、判斷是否滿足收斂條件，同時判斷s是否達到最大迭代次數 N_max2；

收斂條件設置如下：

|dd^s-1-dd^s-2||dd^s-1-dd¹|*Thr2

若滿足其中任一條件，則終止迭代，且輸出a^opt＝a_p^s，θ^opt＝θ_p^s，否則返回S43；

S5、恢復信道：

依據信道模型：

H＝A_MS*D*A_BS^H

L為多徑數，θ_l為信號到達角的余弦值，為信號離開角的余弦值，且有l∈[1,L]，對角矩陣D＝diag{α}，α＝[α₁,…,α_l,…,α_L]^T，α_l為對應多徑上的幅值，據此由θ^opt、可恢復出其中將a^opt恢復成矩陣形式為且可得