[发明专利]大规模MIMO系统的联合信道信息获取方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种大规模MIMO系统的联合信道信息获取方法。本发明以最小化均方误差为目标，将波束赋形设计和信道估计问题构建为一个多变量矩阵求解问题。为了更有效地解决该问题，考虑基于联合优化的框架，依次获取波束赋形矩阵和信道信息矩阵。首先针对波束赋形设计，提出一种基于MADMM(多流交替乘子法)的方案对变量进行交替迭代更新，并引入黎曼流形和一种新的Oblique流形，基于流形搜索的思想，解决离散恒模约束以及单位范数约束等问题，在收敛到最优的波束赋性矩阵后，对信道信息进行稀疏恢复。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及毫米波通信(millimeter-Wave(mmWave)communication)，混合波束成形，黎曼流形，多输入多输出技术(Multiple Input MultipleOutput,MIMO)，具体来说是涉及一种大规模MIMO系统的联合信道信息获取方法。

背景技术

由于毫米波受环境影响严重，信号衰减大，且散射、穿透能力差，容易受到阻挡，克服信号传输的自由空间路径损耗和信号衰减是毫米波通信的一大关键。基于毫米波的短波长和高频率，可以采用大规模MIMO技术以获得更高的增益，对抗衰落。大规模MIMO是在MIMO基础上的扩展和延伸，通过在基站端配置大规模的天线阵列，不仅获得了较高的空间增益以及复用增益，还使得波束能量更集中，产生波束赋形增益以克服一定的路径损耗，在不增加发射功率的情况下，提高了能量效率。大规模MIMO的应用使得基站与多用户之间的通信可以使用同一时频资源，考虑到各用户之间信道向量具有相互正交的特点，一定程度上可以不考虑用户间干扰，应用简单的波束赋形技术提升频谱效率，以获得良好的系统性能。

发明内容

出于系统容量和估计精度考虑，本发明以最小化均方误差(Mean Square Error，MSE)为目标，将波束赋形设计和信道估计问题构建为一个多变量矩阵求解问题。为了更有效地解决该问题，考虑基于联合优化的框架，依次获取波束赋形矩阵和信道矩阵。首先针对波束赋形设计，提出一种基于MADMM(多流交替乘子法)的方案对变量进行交替迭代更新，并引入黎曼流形和一种新的Oblique流形，基于流形搜索的思想，解决离散恒模约束以及单位范数约束等问题，在收敛到最优的波束赋性矩阵后，对信道信息进行稀疏恢复。

本发明的技术方案为，大规模MIMO系统的联合信道信息获取方法，该方法用于使用移相器网络的毫米波大规模MIMO单用户HBF(Hybrid Beamforming，HBF)系统，系统中基站端配置了N_t个发射天线和个射频链路，基站向配置了N_r个天线和个射频链路的用户端传送N_s条数据流，并且满足N_s条数据流先通过维度为的数字处理器F_BB，再通过个射频链路连接到维度为的模拟波束赋形处理器F_RF，经天线发送后，在接收端分别通过模拟组合处理器和数字组合处理器处理，还原得到N_s条数据流；所述方法包括以下步骤：

S1、建立模型：

假设使用的毫米波信道为准静态信道，信道矩阵H在T个时间内被视作是恒定的，接收信号的矢量表达式如下：

其中，P表示发送端的发射功率，n表示加性高斯白噪声矢量，服从的正态分布，均值为0，方差为为单位阵，s表示发送的导频符号；

以最小化均方误差为目标，同时令均方误差为建立如下模型：

Tr(P^HP)≤P