[发明专利]利用压缩感知的双端频域波束搜索方法

摘要

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及在多天线正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信系统中的采用压缩感知来搜索最优波束矢量的方法。本发明提供了一种在多天线OFDM通信系统中的一种利用压缩感知的双端频域波束来搜索最优波束矢量的方法。该方法利用发射角、到达角的稀疏性将波束搜索的问题转化为压缩感知的问题，通过发射端和接收端使用不同的发射和接收矢量，由接收端单独确定最优的发射/接收波束矢量。

主权项

利用压缩感知的双端频域波束搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、令设备1的收发天线数为Nt，所述设备1的码本中的波束数目为Ct，所述设备1使用全向天线向设备2发射，发射波束矢量为所述发射波束长度为Nt，所述设备1使用OFDM技术在频域发射的序列为[1,1,...,1]，所述发射的序列长度为N；令设备2的收发天线数为Nr，所述设备2的码本中的波束数目为Cr，所述第n个时间点信号向量所述设备2的接收端使用Pr个接收矢量来接收信号，任意一个接收矢量都是长度为Nr的向量，所述接收矢量中的每个元素的值从集合[1,i,‑1,‑i]中随机选择，组成一个测量矩阵所述测量矩阵Φr每一行都对应一次接收，测量信号向量为其中，是长度为Nr的噪声向量，Hm为第m个频点的阶数为Nr×Nt信道矩阵，hn为第n个时间点的阶数为Nr×Nt的信道矩阵，矩阵中第x行第y列的元素表示从发射端第y根天线到接收端第x根天线间的频域信道冲击响应，其中，n＝1,2,...,N，y＝1,2,...,Nt，x＝1,2,...,Nr，d＝1,2,...Pr，i为虚数单位，是噪声向量，中的每个元素对应一个测量值，()T是矩阵的转置运算，Pr为大于1的整数，N、Nt、Nr、Ct和Cr均为大于1的整数；S2、根据S1所述构建字典矩阵为D，D的每一列对应[‑90°，90°]中的一个角度，S1所述信号可以在D下展开，并且是稀疏的，展开系数为复数，是在D下的展开系数；S3、使用单任务正交匹配追踪算法对每个时间点的信号分别恢复具体为：S31、Vr＝ΦrD，所述可以在Vr下展开，是在Vr下的展开系数；S32、从S31所述Vr中找到一列使得最大，构造矩阵算出所有在Vc下的展开系数表示当前恢复程度的剩余量其中，()‑1是矩阵的求逆运算，()H是矩阵的共轭转置运算，|·|表示取复数的幅度，||·||2表示向量的二范数运算；S33、从Vr中找到使得最大，其中是矩阵er中的第n列，将加到S32所述Vc中得到更新后的记作Vnewc，算出在Vnewc下的展开系数；S34、循环S34到S33，当所有时间点的都恢复出来后做N点离散傅里叶变换变换到频域记为Hm为第m个频点的阶数为Nr×Nt的信道矩阵，从码本中找到一个最适合的使得频谱效率最大，即其中σ2是噪声的功率，是长度为Nr的复向量，时域处理时，为降低噪声，只对部分时间点进行处理，其余时间点位置的信道响应置为0，具体方法是对每个时间点n计算测量向量的模，设定一个门限T，找到模的值大于这个门限的所有时间点序号，在以后的处理中都只对这些时间点做处理，T为大于0的实数；S4、设备2向设备1发送同样的时间序列[1,0,...,0]，长度为N，使用作为发射波束矢量，由于信道的对称性，设备1接收到第n个时间点信号向量是噪声向量，信号可以在D下展开，并且是稀疏的，是在D下的展开系数；S5、设备2的接收端使用Pt个接收矢量来接收信号，运用正交匹配追踪算法，测量信号为其中Vt＝ΦtD，是测量矩阵，每一行接收矢量对应一次测量，任意一个接收矢量都是长度为Nt的向量，每个元素的值从集合[1,i,‑1,‑i]中随机选择，是在Vt下的展开系数，重复测量Pt次，根据恢复出当所有时间点的都恢复出来后做N点离散傅里叶变换变换到记为从码本中找到一个最适合的使得频谱效率最大，即其中Pt为大于1的整数，是长度为Nt的复向量，d＝1,2,...,Pr；S6、设备1以作为发射波束矢量向设备2发射，设备2通过重复S1和S2的步骤找到最优的接收矢量S7、经过反复迭代，对于设备1和设备2来说，当相邻两次找到的波束矢量，即和相同时迭代终止，并将最终找到的和作为设备1和设备2最优的波束矢量。