基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法技术

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法，包括：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计；根据不同的信道类型，建立信道传输模型，估计出信道参数；在接收端将已估计信道参数反馈回发送端和时间反演镜；将时间反演预滤波器和大规模MIMO系统结合，推导出时域中接收信号；将时域接收信号在频域中表示出来，构建一个优化方程使得频域中用户间干扰为零，求出优化方程的最优解作为时间反演预滤波器向量；本发明专利技术在保证系统正常通信的前提下，最小化用户间干扰，降低系统误码率，提高了频谱利用率和系统容量。

【技术实现步骤摘要】
基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法。
技术介绍
随着5G时代的到来，无线通信已经成为整个社会生活中必不可少的一部分。毫米波和大规模MIMO技术结合被提出用于下一代无线通信系统中，在毫米波频段操作的大量天线，由于其小的波长可以被用于微小的设备中。除此之外，毫米波网络适用于密集小区，因为在这些频率下的小区间干扰被自然消除。然而，毫米波大规模MIMO系统存在一个问题：信号在传播过程中的传播损耗无法避免。波束成形技术能够增加在特定方向上的接收功率，获得分集增益，从而抑制毫米波大规模MIMO系统的传输损耗。然而，波束成形技术在具有频率选择性衰落的非视距(No-line-of-sight，NLOS)信道是不适用的，例如在室内环境中。这就要引入一种新型的技术充分利用阵列中的元素数量，同时还可以利用多径环境进行传播。时间反演(TimeReversal，TR)技术已被证明适合提供多种接入和分集增益。因此，本文提出了一种基于TR的解决方案，适用于室内毫米波大规模MIMO场景的用户间干扰(Inter-userInterference，IUI)问题，提供了分集和多路复用增益。TR是通过使用时间反演信道脉冲响应(ChannelImpulseResponse，CIR)作为应用于发射信号的线性滤波器，从而实现信号在接收机处的空间聚焦的传输技术。TR技术因其独特的时间和空间聚焦特性，成为无线通信领域研究中的热点方向，是近年来发展的一种新型多径衰落抑制技术，被认为是未来5G无线通信系统的理想平台。已有文献对无载波通信技术(UltraWideband，UWB)中的TR技术进行研究和评估，考虑了一个特定的多用户TR-UWB系统，结果表明，TR和UWB技术结合，有效降低了接收机复杂度，对提高系统性能方面具有很大的潜力。有研究提出使用TR技术空间复用单输入多输出超宽带通信系统，结果表明TR不仅可以缓解符号间干扰(Inter-symbolInterference，ISI)，而且可以减缓多路复用多个数据流而引起的多重干扰。然而，现有针对TR技术的研究，多考虑在其它场景中减小ISI或多径干扰，对于在毫米波大规模MIMO系统中减少多个用户之间的干扰的研究很少。
技术实现思路
针对以上的技术问题，本专利技术提出一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，本专利技术适用于室内大规模MIMO场景中，充分利用阵列中的元件数量和多径传播，提供了分集和复用增益，使用户间干扰消除。本专利技术一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法，包括：S1：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计；S2：根据不同的信道类型，建立信道传输模型，估计出信道参数；S3：在接收端将已估计信道参数反馈回发送端；S4：将时间反演预滤波器和大规模MIMO系统结合，推导出时域中接收信号y(t)；S5：将接收信号y(t)在频域中表示出来，构建一个优化方程使得频域中的用户间干扰为零，求出优化方程的最优解作为时间反演预滤波器滤波向量。优选的，所述发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计包括：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态的时变与非时变特性，将信道种类判定为静态信道与动态信道；再根据信道种类，决定采用何种信道估计方法；若为静态信道，则可以使用信道冲激响应差值方法估计信道；若为时变动态信道，则使用贯序蒙特卡洛法、基于马本空间信道量化估计方法、基于参考信号估计法或相关矩阵法估计信道，并对信道状态进行实时跟踪。优选的，所述根据不同的信道特征，建立信道传输模型，估计出信道参数包括：根据不同的信道特征，接收端根据接收信号，采用矩阵相关等以上信道估计方法，建立信道传输模型，估计出信道时-空聚焦质量、时延扩展、离开角、到达角、多普勒频移、信道增益、色散角度、在视距传播情况下的莱斯因子、阴影衰落等参数。优选的，所述在探测接收端将已估计信道参数反馈回发送端和时间反演镜包括：在探测接收端采用信道互易性、有限反馈技术，将已估计信道参数反馈回发送端和时间反演镜，便于参数补偿和修正。本专利技术提出的一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，用于室内大规模MIMO场景中，它充分利用阵列中的元件数量和多径传播，提供了分集和复用增益，使用户之间的干扰达到最小，在保证系统正常通信的前提下，降低系统误码率，提高了频谱利用率和系统容量。附图说明图1为本专利技术一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法的实施流程图；图2为本专利技术一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法模型图；图3为本专利技术与传统时间反演技术在不同导频长度Lp下的误比特率性能比较；图4为本专利技术与传统时间反演技术在用户数量不同的情况下每个用户可达总速率性能结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术是一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，如图1所示，包括：S1：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计；S2：根据不同的信道类型，建立信道传输模型，估计出信道参数；S3：在探测接收端将已估计信道参数反馈回发送端；S4：将时间反演预滤波器和大规模MIMO系统结合，计算出时域中接收信号y(t)；S5：将时域接收信号在频域中表示，构建一个优化方程使得用户间干扰为零，求出该优化方程的最优解作为时间反演预滤波器。优选的，作为一种实施方式，发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计，如图2所示，xn(t)是发送给用户n的复随机信号，其中t∈Z+是离散时间指数，hn(t)是第n个用户的随机信道脉冲响应。w'mn(-t)是从第m个传输天线到第n个用户的时间反演预滤波器，其中样本周期为Lp(t＝0，...，Lp-1)，n(t)代表加性高斯白噪声，方差是σ2，yn(t)是用户n接收到的信号。包括：101：由发送端向接收端发射信号x(t)进行信道探测，接收端收到的信号为：其中，M表示传输天线数，hm(t)表示信道脉冲响应，n(t)代表加性高斯白噪声。102：接收端接收到信号y(t)，然后利用时间反演处理器对y(t)进行TR处理得到y(-t)，即：其中，y(-t)为y(t)的时间反演函数，x(-t)为x(t)的时间反演函数，hm(-t)为hm(t)的时间反演函数。103：接收端将自身的信息调制到信号y(-t)上并进行传输，最终汇聚在传输端：其中，r(t)表示汇聚在传输端的函数表达式，Rm(t)＝hm(t)*hm(-t)，n(t)为加性高斯白噪声，hn(t)表示信道脉冲响应函数，hn(-t)为hn(t)的时间反演函数。优选的，在本专利技术中使用60HZSISO系统下的IEEE802.11ad模型，并把它扩展到多用户大规模MIMO场景；用一个二阶统计量来定义功率延迟分布，通过CIR来计算二阶统计量的期望，信号功率分量与功率延迟分布和空间相关性有关，假设所有的CIR有相同的功率延迟分布。定义CIR总功率的约束条件为：其中，hm,n(t)是从第m个传输天线到第n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法，其特征在于，包括：S1：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计；S2：根据不同的信道类型，建立信道传输模型，估计出信道参数；S3：接收端将已估计信道参数反馈回发送端；S4：将时间反演预滤波器和大规模MIMO系统结合，计算时域接收信号；S5：将时域接收信号在频域中表示出来，构建一个优化方程使得频域中用户间干扰为零，求出优化方程的最优解作为时间反演预滤波器的滤波向量。

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法，其特征在于，包括：S1：发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计；S2：根据不同的信道类型，建立信道传输模型，估计出信道参数；S3：接收端将已估计信道参数反馈回发送端；S4：将时间反演预滤波器和大规模MIMO系统结合，计算时域接收信号；S5：将时域接收信号在频域中表示出来，构建一个优化方程使得频域中用户间干扰为零，求出优化方程的最优解作为时间反演预滤波器的滤波向量。2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰的方法，其特征在于，所述发送端发射探测信号，接收端根据信道状态对信道类型进行估计包括：发送端发射探测信号，接收端信道状态为时变信道时为动态信道，接收端信道状态为非时变信道时为静态信道；若为静态信道，则使用信道冲激响应差值方法估计信道；若为动态信道，则使用贯序蒙特卡洛法或者基于码本空间信道量化估计法或者基于参考信号估计法或者相关矩阵估计法来估计信道，并对信道状态进行实时跟踪。3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，其特征在于，所述根据不同的信道特征，建立信道传输模型，估计出信道参数包括：根据不同的信道特征，接收端根据信道状态，选用相应的信道估计方法，建立信道传输模型，估计出信道时-空聚焦质量、时延扩展、离开角、到达角、多普勒频移、信道增益、色散角度、在视距传播情况下的莱斯因子、阴影衰落参数。4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，其特征在于，所述接收端将已估计信道参数反馈回发送端包括：接收端采用信道互易性、有限反馈技术，将已估计信道参数反馈回发送端和时间反演镜。5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波大规模MIMO的时间反演抗干扰方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱江，杨甜，李方伟，王雁，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50