一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法技术

本发明专利技术一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，该方法应用于TDD系统中，所述上行时变信道预测方法包括以下步骤：S1、计算初始Prony系数；S2、根据Prony系数预测下一时刻的CSI；S3、根据预测的CSI解码用户发送的数据符号；S4、利用解码后的数据符号对CSI进行估计；S5、利用估计的CSI更新Prony系数；S6、预测下一时刻的CSI；S7、解码用户发送的下一个数据符号，重复上述步骤。本发明专利技术基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，能够准确预测并估计不同时刻的信道的CSI，本发明专利技术提了高信道预测的效率，从而提升系统整体性能。

A prediction method of uplink time-varying channel based on Improved Prony method

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法。
技术介绍
在大规模MIMO系统中，得益于基站端的大规模天线，不同用户与基站之间的信道渐进正交，因此仅使用简单的信号处理技术，系统的数据传送速率和能量效率都可以得到很大的提高。但这种优势是基于基站可以精确地估计出CSI这一假设而得到的，因此CSI的获取对系统非常重要。在快速时变信道中，当前时刻的CSI和下一时刻的CSI是不同的，需对每一时刻的CSI都进行估计。而传统的信道估计方法只能估计固定状态下的CSI。因此，对于时变信道而言，传统的方法已不再适用。而基于Prony方法，用户只需要发送少量的导频信号，基站处理这些导频信号得到相应时刻的CSI的估计值就可以预测并估计后面时刻的CSI。然而，基于传统的Prony方法的信道估计，所需的导频信号个数必须大于信道的路径数。因此，需要一种对Prony方法的改进，来提高信道预测的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，该方法应用于TDD(时分双工)系统中，所述上行时变信道预测方法包括以下步骤：S1、计算初始Prony系数；S2、根据Prony系数预测下一时刻的CSI(信道状态信息)；S3、根据预测的CSI解码用户发送的数据符号；S4、利用解码后的数据符号对CSI进行估计；S5、利用估计的CSI更新Prony系数；S6、预测下一时刻的CSI；S7、解码用户发送的下一个数据符号，重复上述步骤。进一步的，所述TDD系统中的基站具有Mb根天线，针对单天线的单个用户，簇的数量为Lc，每个簇有一条主路径。进一步的，S1中根据基站已具备的CSI计算初始Prony系数，包括以下步骤：S11、设实际的CSI为：其中，矩阵A是维度为Mb×Lc的矩阵，由导向矢量和路径的初始相位构成，Mb表示基站的天线数，Lc表示信号传输总的路径数，vj表示第j个路径的多普勒频率分量，(j＝0,1,…,Lc)设采样时间间隔是Δt，将h(k)表示成第k个采样时刻的信道；h(k)＝h(kΔt)；S12、基站根据用户发送的Np个导频信号获得前Np个时刻的CSI的估计值令S13、根据改进Prony方法建立方程组：S14、对H0进行SVD分解(奇异值分解)，H0＝U0D0V0H,其中，，H0是前Np-1个CSI所构成的矩阵U0是Mb×(Np-1)的单位阵，D0是(Np-1)×(Np-1)的对角阵且对角阵上的元素按降序排列，V0是(Np-1)×(Np-1)的单位阵，设定一个大于0的数∈，为增加方程的稳定性去除小于∈的奇异值；假设有Nq个奇异值大于∈，则取U0和V0的前Nq列构成新的矩阵取D0的前Nq个对角元素构成新的对角阵S15、利用最小二乘法解方程解得初始的Prony系数：进一步的，S2中预测下一时刻的CSI具体如下：进一步的，S3中所述解码用户发送的数据符号，包括如下步骤：用户向基站发送数据符号sm，第一次发送的信号标为s1，m＝1，基站接收到的信号用ym表示：其中，ρ为信噪比，wm为标准复正态分布的高斯噪声，根据基站接收到的信号，利用预测的解码用户所发送的信号，用户所发送的信号用表示。进一步的，S4中所述对CSI进行估计具体如下：其中表示对第Np+m个时刻的CSI进行第一次估计的值，将投影到矩阵U0所生成的空间，即得到最终所估计的CSI，如下所示：进一步的，S5中利用估计的CSI更新Prony系数，具体包括以下步骤：S51、构造矩阵每得到一个估计的便将其估计的前Np-1个放入矩阵中，矩阵的维度为(m+1)Mb×Np，当m＝1，矩阵如下所示：S52、对进行SVD分解，分解过程同的SVD分解，得到矩阵并更新Prony系数向量，更新的Prony系数向量的计算过程如下：进一步的，S6中所述预测再下一时刻的CSI具体如下：进一步的，S7中具体如下：令m＝m+1，根据上述步骤得到第Np+m+1个时刻的CSI的预测值采用本专利技术技术方案，本专利技术的有益效果为：与现有技术相比，传统的信道估计方法无法适用于时变信道，本专利技术基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，能够准确预测并估计不同时刻的信道的CSI，本专利技术提了高信道预测的效率，从而提升系统整体性能。附图说明图1是本专利技术提供的一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法系统误码率的仿真图。具体实施方式结合附图对本专利技术具体方案具体实施例作进一步的阐述。一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，该方法应用于TDD系统中，所述上行时变信道预测方法包括以下步骤：S1、计算初始Prony系数；S2、根据Prony系数预测下一时刻的CSI(信道状态信息)；S3、根据预测的CSI解码用户发送的数据符号；S4、利用解码后的数据符号对CSI进行估计；S5、利用估计的CSI更新Prony系数；S6、预测下一时刻的CSI；S7、解码用户发送的下一个数据符号，重复上述步骤。所述TDD系统中的基站具有Mb根天线，针对单天线的单个用户，簇的数量为Lc，每个簇有一条主路径。S1中根据基站已具备的CSI计算初始Prony系数，包括以下步骤：S11、设实际的CSI为：其中，矩阵A是维度为Mb×Lc的矩阵，由导向矢量和路径的初始相位构成，Mb表示基站的天线数，Lc表示信号传输总的路径数。vj表示第j个路径的多普勒频率分量，(j＝0,1,…,Lc)，设采样时间间隔是Δt，将h(k)表示成第k个采样时刻的信道；h(k)＝h(kΔt)；S12、基站根据用户发送的Np个导频信号获得前Np个时刻的CSI的估计值令S13、根据改进Prony方法建立方程组：S14、对H0进行SVD分解(奇异值分解)，H0＝U0D0V0H,其中，H0是前Np-1个CSI所构成的矩阵，U0是Mb×(Np-1)的单位阵，D0是(Np-1)×(Np-1)的对角阵且对角阵上的元素按降序排列，V0是(Np-1)×(Np-1)的单位阵，设定一个大于0的数∈，为增加方程的稳定性去除小于∈的奇异值；假设有Nq个奇异值大于∈，则取U0和V0的前Nq列构成新的矩阵取D0的前Nq个对角元素构成新的对角阵S15、利用最小二乘法解方程解得初始的Prony系数：S2中预测下一时刻的CSI具体如下：S3中所述解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，该方法应用于TDD系统中，其特征在于，所述上行时变信道预测方法包括以下步骤：/nS1、计算初始Prony系数；/nS2、根据Prony系数预测下一时刻的CSI；/nS3、根据预测的CSI解码用户发送的数据符号；/nS4、利用解码后的数据符号对CSI进行估计；/nS5、利用估计的CSI更新Prony系数；/nS6、预测下一时刻的CSI；/nS7、解码用户发送的下一个数据符号，重复上述步骤。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，该方法应用于TDD系统中，其特征在于，所述上行时变信道预测方法包括以下步骤：
S1、计算初始Prony系数；
S2、根据Prony系数预测下一时刻的CSI；
S3、根据预测的CSI解码用户发送的数据符号；
S4、利用解码后的数据符号对CSI进行估计；
S5、利用估计的CSI更新Prony系数；
S6、预测下一时刻的CSI；
S7、解码用户发送的下一个数据符号，重复上述步骤。


2.根据权利要求1所述的一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，其特征在于，所述TDD系统中的基站具有Mb根天线，针对单天线的单个用户，簇的数量为Lc，每个簇有一条主路径。


3.根据权利要求2所述的一种基于改进Prony方法的上行时变信道预测方法，其特征在于，S1中根据基站已具备的CSI计算初始Prony系数，包括以下步骤：
S11、设实际的CSI为：



其中，矩阵A是维度为Mb×Lc的矩阵，由导向矢量和路径的初始相位构成，Mb表示基站的天线数，Lc表示信号传输总的路径数，vj表示第j个路径的多普勒频率分量，(j＝0,1,…,Lc)；
设采样时间间隔是Δt，将h(k)表示成第k个采样时刻的信道；
h(k)＝h(kΔt)；
S12、基站根据用户发送的Np个导频信号获得前Np个时刻的CSI的估计值令
S13、根据改进Prony方法建立方程组：



S14、对H0进行SVD分解，H0＝U0D0V0H，H0是前Np-1个CSI所构成的矩阵)其中，U0是Mb×(Np-1)的单位阵，D0是(Np-1)×(Np-1)的对角阵且对角阵上的元素按降序排列，V0是(Np-1)×(Np-1)的单位阵，设定一个大于0的数∈，为增加方程的稳定性去除小于∈的奇异值；假设有Nq个奇异值大于∈，则取U0和V0的前Nq列构成新的矩阵取D0的前Nq个对角元素构成新的对角阵
S15、利用最小二乘法解方程解得初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海泉，陈跃，高丹蓓，叶杭，黄怡，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33