[發(fā)明專利]一種毫米波Massive MIMO系統(tǒng)下基于自適應交叉熵的波束選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011386015.8
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112564754B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學;北京機電工程總體設(shè)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

一種毫米波Massive MIMO系統(tǒng)下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了在毫米波波段Massive MIMO系統(tǒng)中選擇有效的波束，來降低硬件復雜度和提高系統(tǒng)頻譜效率。一種毫米波Massive MIMO系統(tǒng)下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，將Massive MIMO系統(tǒng)中的物理信道模型轉(zhuǎn)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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及波束選擇方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，各種新技術(shù)新業(yè)務層出不窮，無線數(shù)據(jù)量迅猛增長，人們對無線網(wǎng)絡(luò)容量的要求也日益提高。在第五代移動通信系統(tǒng)中，由于在提高系統(tǒng)頻譜效率方面存在巨大優(yōu)勢，毫米波和Massive MIMO(大規(guī)模天線技術(shù))技術(shù)的結(jié)合受到廣泛關(guān)注。但是大帶寬在為毫米波系統(tǒng)帶來較高的頻譜效率的同時，也導致了一些問題：基站端需要架設(shè)大量的天線，這導致毫米波Massive MIMO系統(tǒng)的能耗和射頻鏈路的成本非常高。

為了解決這一棘手的問題，波束空間下毫米波Massive MIMO技術(shù)應運而生。發(fā)射機通過采用離散透鏡天線陣列(Discrete Lens Array,DLA)，將物理信道轉(zhuǎn)換至波束空間下。DLA執(zhí)行模擬波束成形和空間離散傅里葉變換，它如同一個凸透鏡，將不同方向上的信號映射到焦面上的不同位置。傳統(tǒng)的物理信道轉(zhuǎn)換至波束空間下后，信道矩陣表現(xiàn)出低秩性，這對應于毫米波信道在波束域下表現(xiàn)出的稀疏特性。因此，可以充分利用無線稀疏信道的特征，選擇若干個方向上的波束集進行發(fā)射，降低射頻鏈路數(shù)量的同時提高通信系統(tǒng)的性能。

有效的波束選擇方法對于降低硬件復雜度和提高系統(tǒng)頻譜效率至關(guān)重要，如何能挑選出對用戶貢獻最大的波束，并減少用戶之間的相互干擾是研究人員不懈努力的方向。窮舉搜索是最優(yōu)的方案，但是由于其過高的復雜度和計算量使人望而卻步，轉(zhuǎn)向?qū)で蟠蝺?yōu)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在毫米波波段Massive MIMO系統(tǒng)中選擇有效的波束，來降低硬件復雜度和提高系統(tǒng)頻譜效率，現(xiàn)提供一種毫米波Massive MIMO系統(tǒng)下基于自適應交叉熵的波束選擇方法。

一種毫米波Massive MIMO系統(tǒng)下基于自適應交叉熵的波束選擇方法，所述方法為：將Massive MIMO系統(tǒng)中的物理信道模型轉(zhuǎn)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(tǒng)的頻譜效率R為：

其中，γ為信噪比，tr()表示矩陣的跡。

上述將Massive MIMO系統(tǒng)中的物理信道模型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)置矩陣。