[发明专利]一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法

权利要求书

1.一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端检测和信道估计方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在任一给定的时隙，所有激活的终端随机地从B'个子载波中选取B_p个子载波，然后通过这些选中的子载波将导频序列发送给基站；

2)基站从M根天线中随机选取M_p根天线进行数据的接收；

3)基站基于一种截断式的谱初始化方法，设置算法的初始值，以提高检测和估计精度并降低计算复杂度；

4)基站利用一种基于毫米波/太赫兹的宽带大规模终端激活检测和信道估计方法，检测出处于激活状态的激活终端，并估计出相应的激活终端的信道状态信息；

5)基站利用信道估计值与激活终端进行上行和下行的数据交互；

步骤3)中所述的截断式的谱初始化方法为：

a)基站根据接收到的数据Y构造出矩阵Y^tru，矩阵Y^tru中处于第l行m列的元素的计算方式为ω为缩放参数；

b)对进行秩L特征分解得到其中B＝P_MA_θ为输入的字典矩阵，为设备n的导频序列矩阵，其中方向矩阵A_τ设置为A_τ＝[b(0),b(T_s/B'),…,b((D-1)T_s/B')]，方向矩阵A_θ设置为A_θ＝[a(0),…,a((M-1)/M)],其中其中a(θ)＝[1,e^-j2πθ,…,e^-j2π(M-1)θ]^T，其中j表示复数域的虚部，参数θ＝dsin(φ)，参数φ的取值是φ∈[-π/2,π/2]，而d为天线间的归一化间隔，T_s为正交频分复用符号的持续时间，参数τ的取值范围是从1到0.8T_s，D代表信道的延迟扩展；P_M和P_T分别为天线端采样矩阵和子载波端采样矩阵，α_n为按照均值为0，方差为1的高斯分布生成的长度为N_p的导频序列，diag(·)代表对角化操作；和为酉矩阵，为对角矩阵；然后设置未知变量的初始值为其中H代表共轭转置，变量n的取值范围是从1到系统的总设备数量N；

步骤4)中所述的激活检测和信道估计方法为：

a)设置乘积流行为其中总空间定义为rank(·)代表括号中矩阵的秩，S_n代表和终端n激活状态以及其信道值有关的未知的中间变量；

b)设置黎曼矩阵为：其中令代表设备n总空间的切空间，和为切空间中的方向向量，Tr(·)为求矩阵的迹；

c)设定从任意的一个方向向量到水平空间的映射为：其中是从等式中求解出来的方阵；

d)关于变量S_n的目标函数为：

其中属于乘积流行空间λ为惩罚参数，为可调参数，P₁＝[I_D 0]，P₂＝[0I_M]^T，I_D和I_M均代表D×D和M×M维数的单位矩阵；v_i代表一个行提取向量，其中的第i个元素为1，其他元素均为0，v_j分一个列提取向量，其中第j个元素为1，其他元素均为0；下标i的取值范围是从1到D,下标j的取值范围是从1到M,||·||_F表示矩阵的F范数,ln(·)代表以e为底的对数，T代表转置操作；

e)根据目标函数设置出设备n的黎曼梯度为：

sgn(·)代表符号函数，其中除法代表的是元素与元素之间相除，

f)令为t时刻的S_n，根据黎曼空间梯度下降方法更新迭代S_n，更新前首先输入：基站接收到的数据Y，字典矩阵B，所有设备的导频序列矩阵所有设备的未知变量初始值步长μ和循环停止的次数T，并令迭代次数变量t＝T，设置

对任意设备进行以下并行迭代：

用替换掉步骤e)中的S_n，以获得t时刻的各个设备的黎曼梯度根据下面的公式更新变量S_n：其中更新迭代次数t←t-1；继续更新迭代S_n直到t＝1时停止循环，最终输出估计值

g)基于步骤f)得到的利用关系式恢复出设备的原始未知变量值并利用激活判断标准来判断哪些终端处于激活状态，v₁为可调参数，max代表取最大值，代表检测出来的激活终端的标识集合；

g)利用恢复出所有激活终端的信道估值