[发明专利]一种大规模MIMO中继系统联合信息估计方法

说明书

本发明涉及大规模MIMO中继系统中一种联合信息估计方法。针对多用户大规模MIMO中继系统，主要解决现有算法信号与信道估计精度较低的问题。其实现步骤为：1)建立多用户大规模MIMO中继系统模型；2)通信过程分为MAC和BC两个阶段；3)将用户端的接收信号构造为Tucker2‑PARAFAC张量模型；4)利用迭代的ALS算法拟合Tucker2‑PARAFAC张量模型，联合估计出信号和信道。本发明适用于时分双工和频分双工信道，且与导频辅助估计算法相比，本发明无须发送导频序列即可实现更高精度的信号和信道估计。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种大规模MIMO中继系统联合信息估计方法。

背景技术

MIMO技术是4G中的一项关键技术。它充分利用了空间多径传播特性，在有限的时频资源下对空间域进行扩展，大幅提高了通信系统的频谱效率和信道容量。随着5G时代的到来，用户数目和信息传输速率显著增长，对空间域进一步扩展的需求更加迫切。大规模MIMO技术使用数百个天线同时服务于同一频率资源中的多个用户，大规模的天线阵列将天线辐射能量集中在很窄的波束中以增强接收信号的强度，使得基站能够精确分辨每一个用户，提高了大规模MIMO系统的空间分辨率。相比于传统MIMO技术，大规模MIMO技术具有更强的抵御噪声能力和更高的链路稳定性，并能显著提高无线通信系统的数据传输速率和能量效率，大幅提高了整个通信系统的性能，因此已经成为5G中一项很有发展前景的技术。

协作通信技术充分利用了无线媒质的广播特性，在不增加系统复杂度的条件下不仅降低了终端的功耗并节省了带宽，还提高了整个通信系统的频谱效率、容量和吞吐率。另外，多个用户通过中继进行信息交换，可以减少路径损失的影响。因此，中继与大规模MIMO技术的结合可以进一步提高通信系统的性能，现已成为当前学术界和业界的研究热点之一。

在协作通信领域，已经广泛研究了双向中继，即两个用户在一个共享中继网络的帮助下交换消息。多向中继是双向中继的延伸，它可以使位于地理位置分离的多个用户通过中继在相同的时频资源上进行可靠地通信。多向中继网络比双向和单向中继网络具有更高的频谱效率，引起了人们的广泛关注。

在无线通信系统中利用张量建模，可以同时受益于多种分集，并在比传统的基于矩阵的方法更宽松的模型可辨识性条件下，实现多用户信号分离/均衡和信道估计。

发明内容

发明目的：本发明结合现有技术，提出一种大规模MIMO中继系统联合信息估计方法，以更精确地联合估计出信号与信道信息。

技术方案：本发明所述的一种大规模MIMO中继系统联合信息估计方法包括：

建立多用户大规模MIMO中继系统模型；

通信过程分为MAC和BC两个阶段；

将用户端的接收信号构造为Tucker2-PARAFAC张量模型；

利用迭代的ALS算法拟合Tucker2-PARAFAC张量模型，联合估计出信号和信道。

进一步的，建立多用户大规模MIMO中继系统模型，具体包括：

假设该协作通信系统中的所有节点都工作在半双工模式，即无法实现信号的同时收发，另外，由于阴影效应和多径衰落等的影响，假设用户之间相互没有直接链路，只能通过中继进行信息交换，一共有Q个用户。

所有信道均遵循独立同分布的瑞利衰落：

和分别代表用户q至中继以及中继至用户q的信道矩阵，其元素分别服从和分布，其中和为大尺度衰落系数，q＝1,...,Q。

进一步的，通信过程分为MAC和BC两个阶段，包括：

整个传输协议共有P个传输子过程，每个子过程分为两个阶段，即MAC和BC阶段：