[发明专利]一种大规模MIMO信道状态估计方法及装置

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO信道状态估计方法及装置，所述方法包括：根据毫米波在大规模MIMO系统中传输确定毫米波信道传输的稀疏性和低秩性；其中，在矩阵完备模型下，采用波束域空间表示矩阵确定稀疏性，采用矩阵核范数确定低秩性；根据毫米波信道的稀疏性和低秩性、未知稀疏信道增益矩阵和恢复未知的信道状态矩阵，构建目标函数；优化求解目标函数确定毫米波信道的状态信息，包括采用交替方向乘子法进行迭代更新变量求解，并引入随机奇异值分解的方法求解交替方向乘子法中的信道状态矩阵。通过毫米波信道的低秩特性和稀疏特性，在迭代更新变量的过程中引入矩阵的随机奇异值分解的方法，提高获取信道状态信息的效率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO信道状态估计方法及装置。

背景技术

移动通信技术的发展促进了人类历史的进步，但是移动通信复杂多变的无线信道制约了通信技术的发展，取得准确的信道状态信息(Channel State Information，CSI)对获取分集增益和利用信道衰落至关重要。大规模多输入多输出技术是5G通信系统中的一项关键技术，在这个技术中天线个数将达到64个或者128个及以上，相较于4G系统终端不超过4个的天线数量提升了一个数量级，在提高数据传输速率的同时也产生了较大的计算复杂度，如此多的天线单元需要比微波频段更高的信号频率，因此频段分布在30～300GHz的毫米波比较满足人们的需求，研究者们将毫米波和大规模多输入多输出技术结合，提出了毫米波大规模MIMO技术。

毫米波具有带宽大、频率高、波长短的特点，因此其在空气中传播时散射会比较弱，呈现出簇传播的特点，使得毫米波信道看起来很稀疏，除了稀疏特性，毫米波信道可能在到达角、离开角和仰角域上表现出角扩展，此角扩展可以产生一个有用的低秩结构，但是毫米波在空间传输时会产生非常大的损耗，容易被大气吸收，且降雨衰减严重。

为了补偿毫米波的路径损耗，毫米波通信系统通过超大规模天线阵列和波束成形技术来实现高方向性天线，获取增益，改善传输质量，波束成形技术是用户根据发送端或者接收端的方位等信息进行预编码的设计，在毫米波大规模MIMO系统中，研究者们通常根据获取到的CSI来设计混合预编码矩阵，同时也可以利用CSI对发射信号进行衰落匹配，从而达到高效传输，同时发射端获取准确有效的信道状态信息还有利于辅助实现混合波束成形，但是在大规模天线阵列场景下，波束成形前通常是低信噪比的环境，这样会使准确有效信道状态信息更加难以获取。

发明内容

本发明目的在于，提供一种大规模MIMO信道状态估计方法，以解决估计信道状态信息难的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种大规模MIMO信道状态估计方法，包括：

根据毫米波在大规模MIMO系统中传输确定毫米波信道传输的稀疏性和低秩性；其中，在矩阵完备模型下，

采用预设的波束域空间表示矩阵确定所述稀疏性，采用预设的矩阵核范数确定所述低秩性；

根据所述毫米波信道的稀疏性和低秩性、预设的未知稀疏信道增益矩阵和预设的恢复未知的信道状态矩阵，构建目标函数；

优化求解所述目标函数确定所述毫米波信道的状态信息，其中，所述优化求解包括采用交替方向乘子法进行迭代更新变量，并引入随机奇异值分解的方法求解交替方向乘子法中的信道状态矩阵。

优选地，

根据低秩矩阵H的波束域空间分解，获取所述波束域空间表示矩阵S，如下：

其中，D_R和D_T均表示离散傅里叶矩阵，表示所述离散傅里叶矩阵D_T的共轭矩阵。

优选地，所述目标函数如下：