[發明專利]一種毫米波Massive MIMO系統下基于自適應交叉熵的波束選擇方法

有效

• 申請號: 202011386015.8
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112564754B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張文彬;朱秋玥;吳少川;李壯;王德昊;劉玲芝;蘇佳琪;張立妍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;北京機電工程總體設計部
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0413;H04B7/0456
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 于歌

1.一種毫米波Massive MIMO系統下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，其特征在于，所述方法為：將Massive MIMO系統中的物理信道模型轉換到波束空間下，獲得波束空間下信道矩陣H_b，利用自適應交叉熵方法對信道矩陣H_b進行波束選擇，使得波束空間下K個單天線用戶能夠接收到K×1維信號矢量Massive MIMO系統的頻譜效率R為：

其中，γ為信噪比，tr()表示矩陣的跡；

設1×N維二進制選擇向量x＝[x₁,x₂,...,x_j,...,x_N]，其中任一元素x_j∈{0,1}都對應一個波束，x_j＝1表示該波束將被選擇，x_j＝0表示該波束將被剔除，設1×N維的概率參數向量u＝[u₁,u₂,...,u_j,...,u_N]，0u_j1表示x_j＝1的概率，j＝1,2,...,N，x_j對1或0進行等概率選取，1為全1向量，

基于上述條件，利用自適應交叉熵方法對信道矩陣H_b進行波束選擇的具體方法為：

在第v次迭代中，

步驟一：根據概率分布Ξ(x^q；u^(v))生成Q個候選對象的選擇向量

步驟二：通過Q個選擇向量分別獲得波束選擇后的信道矩陣

步驟三：分別計算各個信道矩陣對應的頻譜效率，并根據頻譜效率的大小對信道矩陣進行降序排列，

步驟四：在Q個選擇向量中篩選出符合要求的精英向量，且精英向量的個數至少為3個，

步驟五：對步驟四獲得的各個精英向量分別進行自適應加權，

步驟六：根據加權因子精英向量的選擇矩陣和平滑因子α更新概率分布參數u^(v+1)，

步驟七：判斷概率分布參數u^(v+1)是否收斂到每個分量為0或1，是則利用該概率分布參數u^(v+1)輸出波束選擇后具有最大頻譜效率的信道矩陣否則使v＝v+1，然后返回步驟一。

2.根據權利要求1所述的一種毫米波Massive MIMO系統下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，其特征在于，Massive MIMO系統中，基站配備有N根天線，且該N根天線能夠與K個單天線用戶進行通信，發射端射頻鏈路數為N_RF。

3.根據權利要求1或2所述的一種毫米波Massive MIMO系統下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，其特征在于，將Massive MIMO系統中的物理信道模型轉換到波束空間下的方法為：

將物理信道模型的信道矩陣H在酉矩陣U上進行投影，獲得波束空間下信道矩陣H_b：

H_b＝U^HH＝[U^Hh₁,U^Hh₂,...,U^Hh_K]

其中，信道矩陣H為[h₁,h₂,...,h_k,...,h_K]，h_k為第k個用戶與基站之間的N×1維信道向量，k＝1,2,...,K，U^H為酉矩陣U的共軛轉置矩陣。

4.根據權利要求3所述的一種毫米波Massive MIMO系統下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，其特征在于，酉矩陣U包含覆蓋整個波束空間的N個固定空間頻率或角度的列向量，向量之間的間距為Δθ₀＝1/N，酉矩陣U的表達式為：

其中，Γ(N)＝{l-(N-1)/2:l＝0,1,…,N-1}是以0為中心的對稱集合，a()為控制向量，i為對稱集合Γ(N)中的元素。