[发明专利]一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法

权利要求书

1.一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法，其特征在于，所述方法为：将Massive MIMO系统中的物理信道模型转换到波束空间下，获得波束空间下信道矩阵H_b，利用自适应交叉熵方法对信道矩阵H_b进行波束选择，使得波束空间下K个单天线用户能够接收到K×1维信号矢量Massive MIMO系统的频谱效率R为：

其中，γ为信噪比，tr()表示矩阵的迹；

设1×N维二进制选择向量x＝[x₁,x₂,...,x_j,...,x_N]，其中任一元素x_j∈{0,1}都对应一个波束，x_j＝1表示该波束将被选择，x_j＝0表示该波束将被剔除，设1×N维的概率参数向量u＝[u₁,u₂,...,u_j,...,u_N]，0u_j1表示x_j＝1的概率，j＝1,2,...,N，x_j对1或0进行等概率选取，1为全1向量，

基于上述条件，利用自适应交叉熵方法对信道矩阵H_b进行波束选择的具体方法为：

在第v次迭代中，

步骤一：根据概率分布Ξ(x^q；u^(v))生成Q个候选对象的选择向量

步骤二：通过Q个选择向量分别获得波束选择后的信道矩阵

步骤三：分别计算各个信道矩阵对应的频谱效率，并根据频谱效率的大小对信道矩阵进行降序排列，

步骤四：在Q个选择向量中筛选出符合要求的精英向量，且精英向量的个数至少为3个，

步骤五：对步骤四获得的各个精英向量分别进行自适应加权，

步骤六：根据加权因子精英向量的选择矩阵和平滑因子α更新概率分布参数u^(v+1)，

步骤七：判断概率分布参数u^(v+1)是否收敛到每个分量为0或1，是则利用该概率分布参数u^(v+1)输出波束选择后具有最大频谱效率的信道矩阵否则使v＝v+1，然后返回步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法，其特征在于，Massive MIMO系统中，基站配备有N根天线，且该N根天线能够与K个单天线用户进行通信，发射端射频链路数为N_RF。

3.根据权利要求1或2所述的一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法，其特征在于，将Massive MIMO系统中的物理信道模型转换到波束空间下的方法为：

将物理信道模型的信道矩阵H在酉矩阵U上进行投影，获得波束空间下信道矩阵H_b：

H_b＝U^HH＝[U^Hh₁,U^Hh₂,...,U^Hh_K]

其中，信道矩阵H为[h₁,h₂,...,h_k,...,h_K]，h_k为第k个用户与基站之间的N×1维信道向量，k＝1,2,...,K，U^H为酉矩阵U的共轭转置矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法，其特征在于，酉矩阵U包含覆盖整个波束空间的N个固定空间频率或角度的列向量，向量之间的间距为Δθ₀＝1/N，酉矩阵U的表达式为：

其中，Γ(N)＝{l-(N-1)/2:l＝0,1,…,N-1}是以0为中心的对称集合，a()为控制向量，i为对称集合Γ(N)中的元素。