[发明专利]一种在毫米波预编码系统中的迭代波束成形方法

摘要

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种在无线多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)通信系统中利用信道间稀疏性降低迭代波束成形的天线训练开销的方法。本发明提出一种在毫米波预编码系统中的迭代波束成形方法，用于克服大规模MIMO系统中幂迭代方法天线训练开销过大的缺陷，该方法利用毫米波信道的空间稀疏性，将毫米波MIMO天线训练中接收向量的估计问题转化为稀疏重建问题，从而利用压缩感知的相关理论来降低损耗。

主权项

1.一种在毫米波预编码系统中的迭代波束成形方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用稀疏多径信道的几何模型进行稀疏建模，将与信道关联的接收信号的估计问题表示成稀疏信号的恢复问题，定义接收端字典矩阵其中，d是天线阵元间距，λ是信号波长，定义发送端字典矩阵其中，N表示接收端字典长度，M表示发送端字典长度；S2、进行角度量化码本的建立，接收端码本为发射端码本为其中，为码本大小，N_T为发送天线数目，N_R为接收天线数目；S3、初始阶段处理，具体如下：S31、发送端生成一个NT×1向量[1,0,0,…,0]T并进行归一化作为初始向量，并放入码本中使用稀疏信号恢复算法估计得到初始向量f；S32、分别定义此过程中的发送端和接收端的测量次数Nmr0,Nmt0；S33、在O个随机矩阵中选取发送端最优测量矩阵ΦT0，选取接收端的最优测量矩阵ΦR0，其中，O为不为零的自然数，选取发送端最优测量矩阵ΦT0和选取接收端的最优测量矩阵ΦR0为经验判断过程；S34、接收波束成形向量训练，具体如下：S34‑1、发送端连续发送Nmt⁰次向量f至接收端，接收端接收过程中使用Φ_R⁰的列作为波束成形加权合并向量，接收端得到其中，n_R表示接收端的加性高斯白噪声向量，σ²为方差；S34‑2、接收端使用稀疏信号恢复算法计算出表示接收信号到达角在S1所述字典矩阵ARD中的位置的稀疏向量zR，其中，zR是一个N×1的列向量，N表示字典ARD的长度，zR中有K个非零元素，K＜＜N；S34‑3、Hf≈A_RDz_R，所述Hf存储在N_R×1向量g中，即g＝A_RDz_R，其中，信道矩阵接收端对向量g进行归一化，即并将返回至发送端；S35、发送波束成形向量训练，具体如下：S35‑1、接收端连续发送Nmr⁰次S34‑3所述向量至发送端，发送端在接收过程中使用Φ_T⁰的列作为波束成形加权合并向量，发送端得到其中，n_T表示第k次迭代发送端的加性高斯白噪声向量，S35‑2、发送端使用稀疏信号恢复算法计算出表示接收信号到达角在S1所述字典矩阵ATD中的位置的稀疏向量zT，其中，zT是一个M×1的列向量，M表示字典ATD的长度，zT中有K个非零元素，K＜＜M；S35‑3、所述存储在N_T×1向量f中，即f＝A_TDz_T，发送端对向量f进行归一化，即并将返回至接收端；S4、迭代过程，具体如下：S41、分别定义此过程中的发送端和接收端的测量次数Nmr,Nmt；S42、找到S34‑2，S35‑2中K个非零元素的位置所对应的角度，并将K个角度放入个相位中找到与之最近的相位，最后得到相位将其转置即为发送端和接收端的测量矩阵，其中，个相位是将‑π～π进行个量化；S43、接收波束成形向量训练，具体如下：发送端连续发送Nmt次向量f至接收端，接收端接收过程中使用Φ_R的列作为波束成形加权合并向量，接收端得到r＝Φ_R^H(Hf+n_R)，接收端使用最小二乘法计算出系数h_R＝(Φ_RA_R)^‑1r，并求得v＝A_Rh_R，并将v放入码本中使用稀疏信号恢复算法进行估计，接收端对估计后的向量v进行归一化，即并将返回至发送端；S44、发送波束成形向量训练，具体如下：接收端连续发送Nmr次向量至发送端，发送端接收过程中使用Φ_T的列作为波束成形加权合并向量，发送端得到发送端使用最小二乘法计算出系数h_T＝(Φ_TA_T)^‑1t，并求得f＝A_Th_T，并将f放入码本中使用稀疏信号恢复算法进行估计，发送端对估计后的向量f进行归一化，即并将返回至接收端，即回到S43进行迭代；S5、最后将迭代后得到的v,f输出即可。