[发明专利]一种新型的毫米波多用户波束对准方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种毫米波多用户场景基于稀释编码理论的波束对准方案。本发明首先通过发送波束和接收波束的合理设计，将上行多用户波束对准问题转化为稀释编码和解码问题，同时将测量矩阵分解为两个部分，稀释编码矩阵和检测矩阵。然后，基于稀释编码接收的编码矩阵，提出了一种稀释检测矩阵，和检测方法。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种毫米波多用户场景基于稀疏编码理论的波束对准方法。

背景技术

在超高清视频、智能车载通信和虚拟现实等技术的驱动下，未来几年的全球移动系统容量将会急剧增加。而毫米波技术可以利用更大的通信带宽和速率来通信。然而，与低频段相比，毫米波频段的传输会有更高的路径损耗。而大规模天线阵列可以通过波束成形来补偿信号的能量衰减。为毫米波环境下工作的大规模MIMO信道估计算法的设计带来了挑战。

近年来，我们通过利用毫米波MIMO信道的稀疏性，使用基于CS或者CP分解的方法估计信道。但是，以上这些算法由于存在大矩阵的运算，其存在较高的计算复杂度。为了降低计算复杂度，学术界研究了一系列的波束扫描和搜索算法。明确的，最简单直观的波束搜索方法就是穷举搜索所有的候选波束，但是其拥有较高的采样复杂度。为了解决这个问题，一些文献的自适应算法提出了基于分层波束扫描码本的降低导频开销的办法，但是需要反馈链路。具体的，一些文献通过利用伪随机扩散码(Peseudo-Random Spreading Codes，PRSC)，实现反馈链路的取消，但是，它需要一个充分长的伪随机噪声序列(Pseudo-Noise，PN)来确保不同波束的独立性。因此，迫切的需要设计一种新型的毫米波波束对准方案来减少导频序列的同时保持良好的性能。

发明内容

本发明目的在于设计一种新型的基于稀疏编码理论的波束对准方案以应用到毫米波多用户场景中。本发明首先通过发送波束和接收波束的合理设计，将上行多用户波束对准问题转化为稀释编码和解码问题，同时将测量矩阵分解为两个部分，稀释编码矩阵和检测矩阵。然后，基于稀释编码接收的编码矩阵，提出了一种稀释检测矩阵，和检测方法。

本发明的核心思想是利用稀释编码结构实现毫米波多用户上行波束对准。

为了有效的说明本章所要研究的算法架构，首先考虑一个典型的毫米波多用户MIMO(Multi-User Multiple Input Multiple Output,MU-MIMO)系统，如附图1所示，其中基站端(Base Station，BS)同时和K个用户进行通信。假设BS端配备N_R个接收天线和N_RF个射频链路(N_RFN_R)，并且第k个用户(User，UE)配备M_T个天线和M_RF个射频链路。为了低复杂度和低功耗的情况下实现空间复用，BS和UE端使用混合预编码架构。这样，收发端的毫米波上行多用户信道可以表示为如下

其中分别表示第k个用户的第l条径的AOA,AOD,以及信道复增益。并且，由于毫米波信道的独特性质，毫米波信道的复增益可以建模为莱斯衰落分布如下

其中为整体的信道复增益幅度，η_l,k表示LOS径部分和NLOS径部分的比值，并且表示复高斯随机变量。另外，使用ULA在收发端，这样指向矢量和分别表示为

其中λ表示波长，这里设置d＝λ/2。