壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法及裝置與流程

本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在分布式天線系統(tǒng)中，需要有效管理信道資源，以支持大量用戶的同時(shí)接入并維持高質(zhì)量的服務(wù)。多天線技術(shù)通過空間分集和多路復(fù)用提高了頻譜效率，但在用戶設(shè)備端(ue)，由于物理空間的限制，緊密排列的集成多天線陣列會(huì)導(dǎo)致用戶節(jié)點(diǎn)的空間相關(guān)衰落，即天線間的信號(hào)相互干擾，因此要求每個(gè)用戶設(shè)備使用更多的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行信道狀態(tài)信息的估計(jì)，以克服衰落效應(yīng)。

2、然而，在有限的時(shí)頻資源中，增加導(dǎo)頻信號(hào)會(huì)使得能同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)量減少，因?yàn)槊總€(gè)用戶節(jié)點(diǎn)需要專屬的導(dǎo)頻序列來避免干擾。因此必須在多天線用戶節(jié)點(diǎn)之間共享導(dǎo)頻以保證在同一時(shí)頻資源塊中同時(shí)為更多的用戶提供服務(wù)，但也引入了“導(dǎo)頻污染”問題。導(dǎo)頻污染發(fā)生時(shí)，不同用戶的導(dǎo)頻信號(hào)在接收端無法完全區(qū)分，導(dǎo)致信道估計(jì)的準(zhǔn)確性下降，進(jìn)而影響下行鏈路產(chǎn)生相干干擾。因此，需要有效解決由多天線用戶節(jié)點(diǎn)的空間相關(guān)衰落引發(fā)的導(dǎo)頻分配需求問題，以及由此導(dǎo)致的導(dǎo)頻污染和信道估計(jì)準(zhǔn)確性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法及裝置，解決了無線通信中導(dǎo)頻資源的有效利用和信道估計(jì)準(zhǔn)確性的問題。

2、為達(dá)到上述目的，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提供一種壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法，包括如下步驟：

4、采用分布式算法自動(dòng)為每個(gè)用戶分配一個(gè)接入點(diǎn)；

5、配置每個(gè)所述接入點(diǎn)用不同的導(dǎo)頻信號(hào)獨(dú)立地與最上層的用戶關(guān)聯(lián)；

6、利用前一幀的空間公共稀疏性和先驗(yàn)支持信息，將當(dāng)前幀的每個(gè)子載波中待估計(jì)的信道分為密集部分和稀疏部分；

7、在角度域內(nèi)進(jìn)行密集部分估計(jì)和稀疏部分估計(jì)；

8、合成所述密集部分和所述稀疏部分的估計(jì)，得到角度域內(nèi)的整個(gè)信道的估計(jì)。

9、在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述采用分布式算法自動(dòng)為每個(gè)用戶分配一個(gè)接入點(diǎn)，包括如下步驟：

10、計(jì)算每個(gè)所述用戶最大和第二大的大尺度衰落系數(shù)差值，并確定一中間閾值；基于所述差值和所述中間閾值，為每個(gè)所述用戶初步選定接入點(diǎn)候選集合；

11、遍歷各所述接入點(diǎn)，依據(jù)所述用戶的最大衰落系數(shù)與各所述接入點(diǎn)的衰落系數(shù)的差值和所述中間閾值，更新所述接入點(diǎn)候選集合；

12、在所述接入點(diǎn)候選集合中隨機(jī)指定一個(gè)接入點(diǎn)作為用戶的接入點(diǎn)；

13、記錄已被指定的所述接入點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)的用戶，檢查所述接入點(diǎn)的負(fù)載情況；

14、當(dāng)所述接入點(diǎn)的用戶數(shù)量超過預(yù)設(shè)容量時(shí)，將其標(biāo)記為過飽和狀態(tài)；若等于所述預(yù)設(shè)容量，則標(biāo)記為惰性狀態(tài)；

15、若存在所述過飽和狀態(tài)的接入點(diǎn)，重新評(píng)估并優(yōu)先保留與所述過飽和狀態(tài)的接入點(diǎn)關(guān)聯(lián)的高衰落系數(shù)用戶，同時(shí)為超出容量限制的用戶重新隨機(jī)分配未過載的接入點(diǎn)；

16、完成用戶接入點(diǎn)的調(diào)整后，更新各所述接入點(diǎn)及其用戶的配置信息。

17、基于第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述采用分布式算法自動(dòng)為每個(gè)用戶分配一個(gè)接入點(diǎn)步驟在接入點(diǎn)端和用戶端合作進(jìn)行。

18、在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述配置每個(gè)所述接入點(diǎn)用不同的導(dǎo)頻信號(hào)獨(dú)立地與最上層的用戶關(guān)聯(lián)，包括如下步驟：

19、遍歷所有接入點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的用戶，并構(gòu)建一個(gè)污染矩陣用于記錄任意兩個(gè)所述用戶是否被分配了相同的導(dǎo)頻；

20、為尚未分配導(dǎo)頻且有可用導(dǎo)頻集的用戶分配一個(gè)未被其他用戶占用的導(dǎo)頻；

21、通知其他相關(guān)接入點(diǎn)關(guān)于特定用戶的導(dǎo)頻分配信息；

22、遍歷各接入點(diǎn)，檢查是否為兩個(gè)或多個(gè)用戶分配了相同的導(dǎo)頻，如有，則保留基數(shù)值較小的導(dǎo)頻；移除另一個(gè)的導(dǎo)頻分配；

23、通過移除其他用戶的導(dǎo)頻來更新特定用戶的可用導(dǎo)頻集。

24、基于第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述配置每個(gè)所述接入點(diǎn)用不同的導(dǎo)頻信號(hào)獨(dú)立地與最上層的用戶關(guān)聯(lián)步驟在接入點(diǎn)端并行執(zhí)行。

25、基于第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述在角度域內(nèi)進(jìn)行密集部分估計(jì)和稀疏部分估計(jì)，包括如下步驟：

26、角度域信道的密集部分估計(jì)：采用最小二乘法估計(jì)所述密集部分的信道系數(shù)；

27、角度域信道的稀疏部分估計(jì)：采用壓縮感知輔助估計(jì)所述稀疏部分的信道系數(shù)。

28、基于第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，

29、長度為lp的導(dǎo)頻信號(hào)用于探測(cè)t時(shí)刻的通道，第k個(gè)子載波處接收到的信號(hào)為：

30、

31、其中，為加性高斯白噪聲，ρ為信噪比；

32、導(dǎo)頻構(gòu)造為：

33、

34、其中，和分別用于探測(cè)角度域系數(shù)和

35、利用前一個(gè)信道塊中的先驗(yàn)支持信息，用戶側(cè)接收到的訓(xùn)練信號(hào)在頻域k的子載波包括兩部分，即：

36、

37、密集部分角度域系數(shù)通過進(jìn)行估計(jì)：

38、

39、角度域系數(shù)為稀疏向量，利用壓縮感知將其表示為一個(gè)稀疏恢復(fù)問題，進(jìn)一步利用與不同子載波相關(guān)聯(lián)的子信道共享的共同稀疏性，不同子載波稀疏部分的信道信息采集表示為以下優(yōu)化：

40、

41、ωu,1＝ωu,2＝…＝ωu,k

42、其中，為滿足有限等距性質(zhì)(rip)的測(cè)量矩陣，ωu,k為用戶u在k子載波的通道矢量支持集；

43、所述優(yōu)化問題采用分布式壓縮傳感求解，具體包括如下步驟：

44、s501，初始化殘差向量支持集γ0＝φ，角度域的信道系數(shù)αk＝0，迭代指數(shù)i＝1；

45、s502，計(jì)算不同子載波k的分布式相關(guān)性：

46、s503，各子載波間的最大相關(guān)性指數(shù)：

47、s504，將所述最大相關(guān)性指數(shù)存到所述支持集中：γi＝γi-1∪γ；

48、s505，使用最小二乘法計(jì)算在子載波k處相應(yīng)支持集的信道系數(shù)：

49、

50、s506，以分布的方式更新殘差向量，并將其輸入到下一次迭代：

51、

52、s507，重復(fù)所述s502-s506，直到i＞sn，迭代結(jié)束，從而得到每個(gè)子載波的信道系數(shù)：

53、對(duì)所有子載波，通過公式組合信道矢量，得到角區(qū)域內(nèi)整個(gè)信道的估計(jì)。

54、第二方面，提供一種壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)裝置，所述裝置包括：

55、接入點(diǎn)選擇模塊，用于采用分布式算法自動(dòng)為每個(gè)用戶分配一個(gè)接入點(diǎn)；

56、分布式導(dǎo)頻分配模塊，用于配置每個(gè)所述接入點(diǎn)用不同的導(dǎo)頻信號(hào)獨(dú)立地與最上層的用戶關(guān)聯(lián)；

57、分布式天線系統(tǒng)下行信道劃分模塊，用于利用前一幀的空間公共稀疏性和先驗(yàn)支持信息，將當(dāng)前幀的每個(gè)子載波中待估計(jì)的信道分為密集部分和稀疏部分；

58、角度域信道估計(jì)模塊，用于在角度域內(nèi)進(jìn)行密集部分估計(jì)和稀疏部分估計(jì)；

59、信道合成模塊，用于合成所述密集部分和所述稀疏部分的估計(jì)，得到角度域內(nèi)的整個(gè)信道的估計(jì)。

60、第三方面，提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法的步驟。

61、第四方面，提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面所述壓縮感知輔助的分布式導(dǎo)頻分配和信道估計(jì)方法的步驟。

62、本技術(shù)針對(duì)無線通信系統(tǒng)中導(dǎo)頻復(fù)用，引起估計(jì)錯(cuò)誤，系統(tǒng)性能下降的問題，采用分布式方法，聯(lián)合執(zhí)行導(dǎo)頻分配和接入點(diǎn)-用戶關(guān)聯(lián)，可以保證每個(gè)接入點(diǎn)用不同的導(dǎo)頻獨(dú)立地與最上層的用戶關(guān)聯(lián)，可減少分布式天線系統(tǒng)的延遲，還能提高整體頻譜效率，有效降低了導(dǎo)頻復(fù)用和導(dǎo)頻污染問題，且在可擴(kuò)展性和整體系統(tǒng)吞吐量方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。

63、同時(shí)，充分利用了信道矢量在幾個(gè)連續(xù)幀中具有空間共稀疏性和部分共稀疏性的信道結(jié)構(gòu)，結(jié)合了最小二乘和壓縮感知方法，以估計(jì)當(dāng)前幀角域中的兩部分信道向量，在保證信道估計(jì)精度的同時(shí)，大幅度減少了導(dǎo)頻資源的消耗，優(yōu)化了系統(tǒng)資源分配，不僅有效解決了無線通信中導(dǎo)頻資源的有效利用和信道估計(jì)準(zhǔn)確性的問題，還提高了無線通信系統(tǒng)的整體效能，為現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。