[發明專利]一種大規模MIMO中繼系統聯合信息估計方法

有效

• 申請號: 201910973082.0
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110808764B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 杜建和;韓夢;金立標;張鵬
• 申請（專利權）人: 中國傳媒大學
• 主分類號: H04B7/026
• 分類號: H04B7/026;H04B7/0413;H04B17/391
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及大規模MIMO中繼系統中一種聯合信息估計方法。針對多用戶大規模MIMO中繼系統，主要解決現有算法信號與信道估計精度較低的問題。其實現步驟為：1)建立多用戶大規模MIMO中繼系統模型；2)通信過程分為MAC和BC兩個階段；3)將用戶端的接收信號構造為Tucker2?PARAFAC張量模型；4)利用迭代的ALS算法擬合Tucker2?PARAFAC張量模型，聯合估計出信號和信道。本發明適用于時分雙工和頻分雙工信道，且與導頻輔助估計算法相比，本發明無須發送導頻序列即可實現更高精度的信號和信道估計。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種大規模MIMO中繼系統聯合信息估計方法。

背景技術

MIMO技術是4G中的一項關鍵技術。它充分利用了空間多徑傳播特性，在有限的時頻資源下對空間域進行擴展，大幅提高了通信系統的頻譜效率和信道容量。隨著5G時代的到來，用戶數目和信息傳輸速率顯著增長，對空間域進一步擴展的需求更加迫切。大規模MIMO技術使用數百個天線同時服務于同一頻率資源中的多個用戶，大規模的天線陣列將天線輻射能量集中在很窄的波束中以增強接收信號的強度，使得基站能夠精確分辨每一個用戶，提高了大規模MIMO系統的空間分辨率。相比于傳統MIMO技術，大規模MIMO技術具有更強的抵御噪聲能力和更高的鏈路穩定性，并能顯著提高無線通信系統的數據傳輸速率和能量效率，大幅提高了整個通信系統的性能，因此已經成為5G中一項很有發展前景的技術。

協作通信技術充分利用了無線媒質的廣播特性，在不增加系統復雜度的條件下不僅降低了終端的功耗并節省了帶寬，還提高了整個通信系統的頻譜效率、容量和吞吐率。另外，多個用戶通過中繼進行信息交換，可以減少路徑損失的影響。因此，中繼與大規模MIMO技術的結合可以進一步提高通信系統的性能，現已成為當前學術界和業界的研究熱點之一。

在協作通信領域，已經廣泛研究了雙向中繼，即兩個用戶在一個共享中繼網絡的幫助下交換消息。多向中繼是雙向中繼的延伸，它可以使位于地理位置分離的多個用戶通過中繼在相同的時頻資源上進行可靠地通信。多向中繼網絡比雙向和單向中繼網絡具有更高的頻譜效率，引起了人們的廣泛關注。

在無線通信系統中利用張量建模，可以同時受益于多種分集，并在比傳統的基于矩陣的方法更寬松的模型可辨識性條件下，實現多用戶信號分離/均衡和信道估計。

發明內容

發明目的：本發明結合現有技術，提出一種大規模MIMO中繼系統聯合信息估計方法，以更精確地聯合估計出信號與信道信息。

技術方案：本發明所述的一種大規模MIMO中繼系統聯合信息估計方法包括：

建立多用戶大規模MIMO中繼系統模型；

通信過程分為MAC和BC兩個階段；

將用戶端的接收信號構造為Tucker2-PARAFAC張量模型；

利用迭代的ALS算法擬合Tucker2-PARAFAC張量模型，聯合估計出信號和信道。

進一步的，建立多用戶大規模MIMO中繼系統模型，具體包括：

假設該協作通信系統中的所有節點都工作在半雙工模式，即無法實現信號的同時收發，另外，由于陰影效應和多徑衰落等的影響，假設用戶之間相互沒有直接鏈路，只能通過中繼進行信息交換，一共有Q個用戶。

所有信道均遵循獨立同分布的瑞利衰落：

和分別代表用戶q至中繼以及中繼至用戶q的信道矩陣，其元素分別服從和分布，其中和為大尺度衰落系數，q＝1,...,Q。

進一步的，通信過程分為MAC和BC兩個階段，包括：

整個傳輸協議共有P個傳輸子過程，每個子過程分為兩個階段，即MAC和BC階段：