[发明专利]基于压缩感知的M2M通信系统中导频优化设计方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知的M2M通信系统中导频优化设计方法，其特征在于，包括：

根据M2M通信系统所采用的调制方案的星座点集合，确定用户节点的初始导频序列p_k，将所有用户节点的初始导频序列组合成一个初始导频矩阵P；

对所述初始导频矩阵P进行复数域到实数域的变换，得到矩阵Q，对矩阵Q采用基于SVD分解的优化算法进行优化，得到优化后的导频矩阵P_opti；

所述的对所述初始导频矩阵P进行复数域到实数域的变换，得到矩阵Q，包括：

定义将矩阵从复数域转换为实数域的函数f(·)，利用所述函数f(·)对所述初始导频矩阵P进行复数域到实数域的变换，得到2N×2K维矩阵Q；

其中P_r表示矩阵P的实部，P_i表示矩阵P的虚部；

所述的对矩阵Q采用基于SVD分解的优化算法进行优化，得到优化后的导频矩阵P_opti，包括：

①对所述2N×2K维矩阵Q进行列归一化，得到其中，分别为通过所述2N×2K维矩阵Q中对应列的每个元素除以该元素所属列所有元素平方和的开方得到；

②初始集合Ω为空集；初始长度为K的向量w，向量w的第j个元素为与其它列的相关性平方和加上与其它列的相关性平方和；初始长度为K的数组Γ，数组Γ的元素依次为向量w元素从大到小排列的序号，令j＝Γ(1)，其中Γ(1)为数组的第1个元素；其中，的N为重复随机挑选出N个元素；

③将元素j加入集合Ω，用2N×(2K-2)维矩阵表示中除去和后剩下的矩阵，通过对进行SVD分解为矩阵U、矩阵S和酉矩阵V的乘积的转置矩阵的方式，得则选取酉矩阵V中的最后一列V_end，更新令ρ表示调制符号集合的平均能量，则更新为

④更新导频向量p_j实部的值为的前N个元素，更新导频向量p_j虚部的值为的后N个元素；更新p_j的每个元素为距离该元素最近的星座点，依据步骤①和②更新

⑤定义长度为K的向量向量的第j个元素为与其它列的相关性平方和加上与其它列的相关性平方和；定义长度为K的数组数组元素依次为向量元素从大到小排列的序号；

⑥令t＝1；其中，t为迭代的次数；

⑦如果令j＝t，令跳到步骤④；如果并且令j＝t，令跳到步骤④；如果并且Γ(t)∈Ω，令t＝t+1；

⑧如果t≤K重复步骤⑦；如果t＞K，则停止迭代，得到最优的导频矩阵P_opti。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据M2M通信系统所采用的调制方案的星座点集合，确定用户节点的初始导频序列p_k，将所有用户节点的初始导频序列组合成一个初始导频矩阵P，包括：

确定M2M通信系统所采用的调制方案所对应的星座点集合Λ，从星座点集合Λ中可重复随机挑选出N个元素组成第k个用户的初始导频序列p_k∈Λ^N，依次生成出所有用户节点的初始导频序列，将所有用户节点的初始导频序列组合成一个初始导频矩阵P＝[p₁，p₂，...，P_k]∈Λ^N×K，其中，K为用户总数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

利用优化后的导频矩阵P_opti对M2M通信系统中多用户接入进行检测和信道联合估计，并利用信道估计结果对用户发送信息进行恢复。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的利用优化后的导频矩阵P_opti对M2M通信系统中多用户接入进行检测和信道联合估计，包括：

用户节点i所对应的信道冲击响应为其中L_h表示离散信道的抽头时延总个数，在接收端接收的导频序列的观测结果为：

苴中表示优化后的用户节点i的导频，*表示卷积，n表示加性高斯白噪声；

根据矩阵卷积变换，将式(1)进行变换得

其中表示向量的卷积矩阵；因此由式(2)可以进一步得到

y_p＝A_ph+n (3)

其中表示导频卷积矩阵的集合，K为用户总数，而表示所有用户节点的信道冲击响应的集合；

使用压缩感知重构信号算法对稀疏向量h进行求解。