[发明专利]基于稀疏编码和无相位解码的毫米波通信快速波束对准方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏编码和无相位解码的毫米波通信快速波束对准方法，属于毫米波无线通信技术领域。本发明利用毫米波信道稀疏特性，将波束对准问题建模成稀疏编码和无相位解码的问题，并在稀疏偶图编码的基础上，在仅有接收信号的幅度信息的情况下，通过构造满足一定条件的稀疏测量矩阵，设计低计算复杂度的算法估计波束方向及每个方向的路径衰落信息。由于本发明不依靠接收信号的相位信息，对噪声有较高的鲁棒性。

技术领域

本发明属于毫米波无线通信(millimeter wave wireless communication)技术领域，具体涉及毫米波通信快速波束对准技术。

背景技术

毫米波通信技术被认为是下一代移动通信的关键技术之一，有研究表明毫米波通信能提供10Gbit/s的峰值速率。然而，与传统低频通信相比，毫米波信号在无线信道中有更高的衰落和更严重的空气和雨水吸收。由于毫米波频段的低波长特性，大型天线阵列以及波束成形技术可以在毫米波通信系统中得到应用。一方面，由于毫米波波长极短，可以将大量天线以较小尺寸封装；另一方面，与混合数模波束成形技术结合，其提供的阵列增益和空分复用增益能有效补偿衰减，提高系统传输速率和质量。波束成形技术要求最佳成形和组合对提供高增益，因此高精度的波束对准技术显得尤为重要。

对于毫米波MIMO系统的波束对准问题，现有的研究工作主要集中在直接进行波束空间搜索和利用压缩感知的方法进行信道估计两方面。大部分基于压缩感知的方法对于测量矩阵有很高的要求，并且容易受到载频偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)的影响，而一般的空间搜索的采样复杂度较高，时间开销过大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种不依靠相位信息即可提高大规模MIMO毫米波通信系统波束对准的方法，并提供较高系统性能。

本发明将波束对准问题建模成稀疏编码和无相位解码的问题，并通过稀疏偶图编码(Sparse Bipartite Graph Coding，SBG-Coding)构建稀疏测量矩阵，仅依靠幅度信息进行解码得到AoD(Angle of Departure)信息实现快速波束对准，且在低信噪比情况下，仍能保持较高鲁棒性。

本发明的基于稀疏编码和无相位解码的毫米波通信快速波束对准方法，包括下列步骤：

步骤S1、预设L个偶图G_l和矩阵

其中偶图G_l的左节点数量N对应发射天线数量，右节点数M为预设值；

并基于偶图G_l得到每个偶图对应的连接矩阵H_l，其中连接矩阵H_l的每个元素H_l(i,j)的取值为：

矩阵其中t_i≠t_j,i≠j且t_n＞0，i,j,n＝1,2,...,N；

基于矩阵H_l和可以得到稀疏编码矩阵

步骤S2：发射端基于稀疏编码矩阵A对待发送信号进行信号处理。

步骤S3：接收端基于接收信号向量和偶图进行波束对准处理：

步骤S301：对所有偶图循环遍历，判断偶图G_l的右节点是否为零节点，并记录偶图G_l

的零节点的数目：

基于每个偶图G_l对应的接收向量y_l，对其进行进行上下分块处理，其上分块对应下分块对应

将的能量值与预设的阈值∈进行比较，若小于，则判定即对应的右节点为零节点，从而得到偶图G_l的零节点数；