[发明专利]一种联合信道信息获取和波束赋形方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种联合信道信息获取和波束赋形方法。本发明提出了一种基于码本和冗余字典正交匹配追踪(CB‑ROMP)的联合信道信息获取和波束赋形设计方案。首先基于最小化总相干性的思想设计码本，将HBF的协同设计问题解耦为相对独立的发送端波束赋形因子和接收端组合因子两个子优化问题，给出一种通用的波束赋形码本设计。然后依据该码本，使用可以增加角分辨率的基于冗余字典的正交匹配追踪(ROMP)算法，以获取信道信息。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种联合信道信息获取和波束赋形方法。

背景技术

利用毫米波的稀疏性，基于CS的算法已经被应用于包括模拟波束赋形、数字波束赋形以及HBF在内的多种毫米波MIMO系统以获取信道信息。传感矩阵的互相干性作为影响CS算法性能的重要因素之一，是当前使用比较广泛的优化度量，直接通过互相干性设计最优的波束赋形比较困难。基于此，一些研究者考虑使用新的优化目标进行替代，提出了基于最小化等效传感矩阵总相干性的波束赋形和导频设计方案。

发明内容

本发明提出了一种基于码本和冗余字典正交匹配追踪(CB-ROMP)的联合信道信息获取和波束赋形设计方案。首先基于最小化总相干性的思想设计码本，将HBF的协同设计问题解耦为相对独立的发送端波束赋形因子和接收端组合因子两个子优化问题，给出一种通用的波束赋形码本设计。然后依据该码本，使用可以增加角分辨率的基于冗余字典的正交匹配追踪(ROMP)算法，以获取信道信息。仿真分析了该方案在使用可变移相器、开关网络以及离散透镜阵列等结构的HBF系统中的应用情况，并与随机生成传感矩阵的方案进行比较。

本发明的技术方案为：一种联合信道信息获取和波束赋形方法，该方法用于下行链路通信系统，系统中基站端配置N_t个发射天线，用户端配置N_r个接收天线，基站端和用户端的RF链数量分别配置为和且满足包括以下步骤：

S1、建立接收信号模型：

设基站的基带产生的一个发送导频信号为通过基带数字预编码器以及模拟波束成形器处理后发送，用户端接收到信号后通过模拟波束组合器以及数字组合器处理，则第k个帧内在用户端经过模拟组合器与数字组合器处理后得到信号为：

其中，P表示系统的平均发送功率，H为信道矩阵，表示加性高斯噪声矢量，均值为0，方差为I是单位矩阵。

令将上式简化为：

令K_t和K_r分别表示发送和接收波束的配置使用数量，则对第K＝K_tK_r个接收信号矢量，得到：

其中，接收信号矩阵发送端配置矩阵接收端配置矩阵噪声矩阵取向量化运算得到：

其中，vec(H)是矩阵矢量化；且n＝vec(N)；

令表示传感矩阵，则可得接收信号模型：

S2、获取信道信息：

假设毫米波信道是窄带的几何模型信道，信道中的路径数为N_p，则相应的发送以及接收阵列响应矩阵为：