[发明专利]基于压缩感知大规模MIMO系统的CSI反馈方法

摘要

本发明公开了一种基于压缩感知大规模MIMO系统的CSI反馈方法，属于大规模无线通信系统中的信道状态信息压缩反馈技术领域，包括：移动台MS，根据系统预先设定的能量因子，计算出保留稀疏度；根据保留稀疏度MS计算所需测量数，并根据所需测量数调用测量矩阵压缩所需反馈的下行CSI；MS将需要反馈的信息，包括测量信号，部分支撑集合和稀疏度转化为比特流，并反馈回基站BS。BS根据接收到的比特流，解调出含噪声的稀疏度，部分支撑集合和测量信号，并调用改善的重构算法重构出下行CSI。本发明方案，可有效降低基于压缩感知的CSI反馈的反馈开销，降低BS侧的CSI重构算法的计算复杂度。

主权项

1.一种基于压缩感知大规模MIMO系统的反馈方法，其特征在于，包括：a)MS根据设定的能量因子γ，计算参数保留稀疏度λ；b)MS计算所需测量数M，基于压缩感知方式压缩需要反馈的下行CSI；c)MS将需要反馈的信息转化为比特流并反馈回BS；d)BS解调接收到的比特流，并调用改进的重构算法重构出下行CSI；“将需要反馈的信息”具体是指压缩CSI得到的测量信号y，部分的支撑集合和稀疏度S；该方法步骤a)进一步包括：a1)MS读取能量因子γ，读取需要反馈的下行CSI及其支撑集合，其中CSI表示为H，支撑集合表示为w；所述能量因子γ在通信建立前设定，取0.9＜γ＜1；所述H为N×1的矢量，其中，N为BS天线的根数；所述H为稀疏度为S的稀疏信号，即H中仅仅有S个非零元素，且满足S＜＜N：a2)MS取H中的非零元素并按照幅度从大到小的顺序进行排序，得到排序后的矢量及支撑集合，表示为所述为S×1矢量，表示为上标T表示取转置操作，且满足所述集合与a1)所述支撑集合w有相同元素，元素个数均为S个，仅顺序不一样；a3)MS根据能量因子γ利用下式搜索保留稀疏度λ，使得以下不等式成立：其中，符号||x||₂表示对矢量x作算子2范数运算；所述保留稀疏度λ满足λ≤S；该方法步骤b)进一步包括：b1)MS根据下式计算所需测量数M；其中，C为较小的常数(可在区间[1，2]上取值)，μ根据下式求得其中，v²为噪声方差，所述噪声包括热噪声和量化噪声，可在通信系统建立时通过试验测试得到；b2)MS读取M×N的测量矩阵Φ，把下行CSI，即H，投影到低维度空间，得到测量数为M的测量信号y为y＝ΦH其中，y为M×1的矢量，测量矩阵Φ从BS和MS均预先已知的N×N的方阵中取其前M行得到；该方法步骤d)进一步包括：d1)BS解调出含噪声的测量信号，表示为M×1的矢量部分支撑集合以及稀疏度d2)BS调用重构算法重构出下行CSI，表示为该方法步骤d2)进一步包括：d21)重构初始化：残差矢量r⁰赋值为索引集合w⁰赋值为迭代计数t赋值为t＝0；d22)迭代计数增1，即t＝t+1；d23)利用下式识别残差矢量r^t‑1中最大幅度元素的索引，识别到的索引表示为Λ^t；其中，符号<a，b>表示对矢量a和矢量b求内积运算；Φ_j表示测量矩阵Φ的第j列；d24)更新索引集合w^t，即w^t←w^t‑1∪Λ^t；d25)根据索引集合w^t，通过下式估计当前索引集合下的下行CSI(表示为x^t)其中，表示根据索引集合w^t的索引，依次从测量矩阵Φ中抽取相应的列构成的子矩阵；supp x表示求x的支撑集合运算；d26)根据下式进行残差矢量更新：其中表示根据索引集合w^t的索引，依次从x^t中抽取相应的行构成的子矢量；d27)若迭代计数t小于保留稀疏度λ，即t＜λ，返回步骤d22)；否则，进入下一步；d28)如果w^t中的元素个数不等于且迭代计数t小于即返回步骤d22)；否则，BS端获得支撑集合为：d29)BS求解下式，估计得到下行CSI，表示为