[发明专利]一种大规模MIMO时变信道状态信息压缩反馈及重建方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO时变信道状态信息压缩反馈及重建方法，包括：获取信道矩阵序列，对T个信道矩阵分别做DFT变换，获得在角延迟域稀疏的信道矩阵序列；构建信道反馈及重建模型CsiNet‑LSTM，将信道矩阵序列输入编码器，输出码字；及将码字依次输入译码器中，输出重建信道矩阵序列；对信道反馈及重建模型进行训练，使得重建信道矩阵序列逐渐接近信道矩阵序列，以获得模型参数；对输出的重建信道矩阵序列中的每个信道矩阵进行二维逆DFT变换，恢复得到原始空频域矩阵序列的重建值；将待反馈和重建的信道状态信息输入模型，输出重建值。本发明可减小大规模MIMO信道信息的反馈开销，提高重建精度，特别是对压缩率的下降具有极好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO时变信道状态信息压缩反馈及重建方法，属于通信技术领域。

背景技术

大规模MIMO(multiple-input multiple-output)系统已被公认为是第五代移动通信最具潜力的革命性技术之一。该技术在基站和用户端配置多根天线，当基站端获得下行信道状态信息(channel state information，CSI)时，可通过诸如预编码、波束成形等信道自适应技术，消除用户间干扰，同时利用空、时、频三个维度传输信息，从而大大提升系统容量。然而，在频分复用(frequency division duplexity，FDD)MIMO系统中，信道不具有互易性，在用户端获得的下行CSI需要通过反馈链路发送给基站端。反馈完整的CSI将带来巨大的资源开销，此外，随着天线数量大大增加，传统的减小反馈方案如基于量化和码本的有限反馈算法，也会出现量化误差增大、码本设计复杂、反馈开销线性增长等问题，因而不适用于大规模MIMO系统的信道反馈。

大规模天线阵列赋予了MIMO信道的空间相关性，并启发了一系列基于压缩感知的有限信道反馈方案。通过将CSI矩阵变换至某个基下的稀疏矩阵，并压缩采样为更低维度的码字，基于压缩感知的理论和相关优化算法，可以从该码字中重建出原CSI矩阵。然而，由于真实信道的不完美稀疏性，传统压缩感知算法需要进行复杂的信道结构先验假设和变换基的选择，且基于随机投影的压缩采样无法完整保留信道结构信息，这导致信道重建性能不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种大规模MIMO时变信道状态信息压缩反馈及重建方法，解决FDD系统中CSI反馈开销大且信道重建性能不佳的问题，并且对压缩率的下降具有较强的鲁棒性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种大规模MIMO时变信道状态信息压缩反馈及重建方法，包括以下步骤：

步骤1、获取由用户端移动引起的时变信道状态信息在空频域的信道矩阵序列{H_t}_T，对该序列中的T个信道矩阵分别做DFT变换，获得在角延迟域稀疏的信道矩阵序列{H'_t}_T，其中定义{H'_t}_T的序列长度即为T；

步骤2、构建包括编码器和译码器的信道反馈及重建模型CsiNet-LSTM，将所述信道矩阵序列{H'_t}_T输入模型的编码器中，输出压缩编码后的码字；及将压缩编码后的码字依次输入模型的译码器中，输出与信道矩阵序列{H'_t}_T同维度的重建信道矩阵序列

步骤3、对信道反馈及重建模型CsiNet-LSTM进行训练，使得重建信道矩阵序列逐渐接近信道矩阵序列{H'_t}_T，以获得模型参数；

步骤4、对信道反馈及重建模型CsiNet-LSTM输出的重建信道矩阵序列中的每个信道矩阵进行二维逆DFT变换，恢复得到原始空频域信道矩阵序列{H_t}_T的重建值；