[发明专利]一种大规模MIMO系统中基于1比特压缩感知的信道反馈方法

说明书

本发明提供了一种FDD大规模MIMO系统中基于1比特压缩感知的信道反馈方法：用户端进行信道估计得到下行链路信道估计；利用冗余字典，得到下行链路信道估计的稀疏表示；采用1比特压缩感知方法对下行链路信道估计进行1比特压缩测量得到比特流并反馈到基站端；基站端采用贝叶斯推断方法，利用用户端反馈的比特流进行信道信息恢复。本发明通过1比特压缩感知来对稀疏信道表示进行压缩测量得到比特流数据，将1比特压缩感知量化的比特流传输到基站端；基站端通过贝叶斯推断的处理框架来对信道进行恢复，从而完成下行信道反馈。本发明同时利用了冗余字典和1比特压缩感知的复数模型中的结构化稀疏特性，来改善信道估计精度，具有良好的信道估计效果。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种FDD大规模MIMO系统中的基于1比特压缩感知的下行链路信道反馈方法。

背景技术

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是5G无线通信系统的重要核心技术。获得精确的信道状态信息是提升大规模MIMO系统性能的关键。在频分双工(Frequency Division Duplexing，FDD)模式大规模MIMO系统中，采用原有的在长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统中的基于码本的信道反馈方法面临很大挑战，随着天线数目的增加，码本的大小和反馈开销随天线数目增加。因此，FDD条件下的大规模MIMO系统的信道反馈问题非常重要。

在大规模MIMO系统中，一般基站端安装有几十甚至上百根天线，而在实际无线传播环境中占据主要能量的多径数目是有限的，因此，大规模MIMO的信道在空域具有稀疏性。目前，很多基于压缩感知的信道估计反馈研究中，用户端都是将接收到的导频信道直接回传到基站，在基站端进行信道恢复。但是在此过程中，接收的导频信号回传仍然需要消耗较多的比特数，比如以电脑存储为例，满足一定精度的整型数据需要16比特甚至32比特来表示，因此直接回传接收的导频信号仍然需要消耗较多的资源。

发明内容

本发明的目的在于提出一种FDD大规模MIMO系统中的信道反馈方法，即大规模MIMO系统中基于1比特压缩感知的信道反馈方法。该方法利用大规模MIMO信道的稀疏性，将具有稀疏性的大规模MIMO信道通过冗余字典进行表示；然后利用1比特压缩感知的方法对其进行压缩感知测量，从而得到由0和1表示的比特流；用户端将比特流传输到基站端；基站通过1比特压缩感知恢复算法来恢复信道信息，从而完成信道反馈过程。在多用户端场景下，基站可通过恢复得到多个用户端的信道信息来进行预编码，实现多用户端的信息传输。本发明中采用冗余字典来对大规模MIMO信道进行稀疏表示，增强其稀疏性；同时采用贝叶斯推断方法来对1比特压缩感知测量得到的比特流进行稀疏恢复，从而实现信道信息的有效反馈。

为了达到上述目的，本发明提供了一种FDD大规模MIMO系统中的基于1比特压缩感知的信道反馈方法，包括以下步骤：

步骤1：用户端接收基站发送的导频信号，并进行信道估计得到下行链路信道估计；并利用冗余字典，得到下行链路信道估计的稀疏表示。

假设FDD大规模MIMO系统中的基站配备有N根均匀线形放置的天线，用户端配备有单根天线。基站向用户端发送导频信号下行链路信道为ρ^d为下行链路信噪比，T^d为导频长度，N为基站端天线数，为接收端高斯白噪声，方差为σ²，则接收到的信号为

由于下行链路信道具有稀疏性，信道估计采用了冗余字典D^d，因此其中为冗余字典，M为冗余字典的大小，每一列由阵列的导向矢量构成；为下行链路信道的空域表示。因此，接收信号可以表示为