[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

说明书

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，涉及无线通信技术领域。本发明是为了在毫米波波段Massive MIMO系统中选择有效的波束，来降低硬件复杂度和提高系统频谱效率。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，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

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及波束选择方法。

背景技术

近年来，随着移动互联网和物联网的蓬勃发展，各种新技术新业务层出不穷，无线数据量迅猛增长，人们对无线网络容量的要求也日益提高。在第五代移动通信系统中，由于在提高系统频谱效率方面存在巨大优势，毫米波和Massive MIMO(大规模天线技术)技术的结合受到广泛关注。但是大带宽在为毫米波系统带来较高的频谱效率的同时，也导致了一些问题：基站端需要架设大量的天线，这导致毫米波Massive MIMO系统的能耗和射频链路的成本非常高。

为了解决这一棘手的问题，波束空间下毫米波Massive MIMO技术应运而生。发射机通过采用离散透镜天线阵列(Discrete Lens Array,DLA)，将物理信道转换至波束空间下。DLA执行模拟波束成形和空间离散傅里叶变换，它如同一个凸透镜，将不同方向上的信号映射到焦面上的不同位置。传统的物理信道转换至波束空间下后，信道矩阵表现出低秩性，这对应于毫米波信道在波束域下表现出的稀疏特性。因此，可以充分利用无线稀疏信道的特征，选择若干个方向上的波束集进行发射，降低射频链路数量的同时提高通信系统的性能。

有效的波束选择方法对于降低硬件复杂度和提高系统频谱效率至关重要，如何能挑选出对用户贡献最大的波束，并减少用户之间的相互干扰是研究人员不懈努力的方向。穷举搜索是最优的方案，但是由于其过高的复杂度和计算量使人望而却步，转向寻求次优的解决方案。

发明内容

本发明的目的是在毫米波波段Massive MIMO系统中选择有效的波束，来降低硬件复杂度和提高系统频谱效率，现提供一种毫米波Massive MIMO系统下基于自适应交叉熵的波束选择方法。

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，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。

上述将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。