CN113037342B - 单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法及装置，方法包括：在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，确定基站到用户终端的下行信道的表达式；确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数；根据预设算法，计算目标函数的梯度；在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果更新待求解目标值；判断是否满足迭代终止条件，若满足，预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，迭代继续进行。本发明实施例使用邻近梯度下降法，性能高，复杂度低，实施简单，具有明显的实际应用价值。

Description

单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法及装置。
背景技术
作为第五代移动通信系统(5G)中潜在的关键技术，MIMO(Multi Input MultiOutput，多输入多输出)系统具有诸多良好的特性，例如，能提升系统的能量效率和频谱效率、增加小区覆盖率以及增强链路可靠性等。此外，30-300GHz毫米波频段中丰富的空余频带资源能够满足日益增长的用户数据传输需求。在毫米波频段内，每一个天线的尺寸可缩小到毫米量级，这使得在小空间范围内配置成百上千个天线单元成为可能。另外，毫米波频段无线信道的稀疏特性能够极大地简化信道估计以及波束赋形等问题。
然而，随着天线和射频链路数量的增加，毫米波大规模MIMO系统的硬件成本和功耗将显著增加，尤其是ADC(analog to digital converter，模数转换器)和DAC(digitalto analog，数模转换器)的功耗成本问题。高精度ADC和DAC的功耗随量化精度呈指数增长，这将导致毫米波大规模MIMO系统产生巨大的功耗成本开销。为了解决毫米波大规模MIMO系统高额的功耗及成本问题，提升毫米波大规模MIMO系统的实用性，一种有效方法是：在基站端配置单比特量化精度的ADC应对上行数据传输，给基站配备单比特量化精度的DAC处理下行数据传输问题。但是，单比特量化精度的ADC/DAC只能输出自由度极其有限的符号，例如+1和-1，输出信号的幅度信息被大量丢失，这将直接导致传统的信道估计、数据检测、波束赋形以及预编码算法的性能显著下降甚至完全失效。在这种情况下，一些考虑了单比特量化精度的DAC的下行数据检测、波束赋形以及预编码的新型算法被提出，但是现有的这些方法都是基于下行CSI(Channel State Information，信道状态信息)已被完美获取这样的假设。然而，在考虑单比特量化精度DAC的情况下，下行CSI是难以获得的，并且目前还没有相应的工作来解决下行CSI估计问题。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法及装置。
第一方面，本发明实施例提出单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法，包括：
S11，在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式；
S12，根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数；
S13，根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度；
S14，在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值；
S15，判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行S13，迭代继续进行。
可选地，所述在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式，包括：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure BDA0002334727670000031
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
可选地，所述在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值，包括：
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据所述近邻算子的表达式更新所述待求解目标值。
可选地，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
第二方面，本发明实施例还提出单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置，包括：下行信道表达式确定模块、目标函数确定模块、梯度计算模块、搜索更新模块和判断模块；
所述下行信道表达式确定模块，用于在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式；
所述目标函数确定模块，用于根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数；
所述梯度计算模块，用于根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度；
所述搜索更新模块，用于在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值；
所述判断模块，用于判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行所述梯度计算模块进行的操作，迭代继续进行。
可选地，所述下行信道表达式确定模块，具体用于：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure BDA0002334727670000041
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
可选地，所述搜索更新模块，具体用于：
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据所述近邻算子的表达式更新所述待求解目标值。
可选地，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
第三方面，本发明实施例还提出一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述方法。
第四方面，本发明实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述方法。
由上述技术方案可知，本发明实施例使用邻近梯度下降法，针对单比特量化毫米波大规模阵列系统的下行信道进行估计及预编码，性能高，复杂度低，实施简单，具有明显的实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的电子设备的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本实施例提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法的流程示意图，包括：
S11，在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式。
在本发明实施例中，基站配备有单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列。配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道可以进行信号传输。基于上述信号传输，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式。
S12，根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数。
在本发明实施例中，所述下行信道可以表示为
Figure BDA0002334727670000061
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，l表示基站与用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量。当天线间距为λc/2时，其定义为
Figure BDA0002334727670000071
当基站已完美获得所有的离波方向时，则下行信道估计问题简化为估计所有信道复增益的问题。将公式(1)写成矩阵形式可得
gk＝V(θk)βk， (3)
其中，
Figure BDA0002334727670000072
是一个M×Lk维且具有范德蒙结构的矩阵，
Figure BDA0002334727670000073
考虑块衰落场景，其中下行信道在一个相干时间保持不变，则用户终端k在时刻t所接收到的信号可以表示为
r(t)＝wH(t)gk+n(t)＝wH(t)V(θk)βk+n(t)， (4)
其中，
Figure BDA0002334727670000074
表示基站在时刻t所发送的向量，
Figure BDA0002334727670000075
表示0均值方差为σ2的高斯噪声。基站的发射功率为PT，并满足
Figure BDA0002334727670000076
当训练长度为τ时，将τ个接收信号拼接成一个向量可得
r＝[r(1)，…，r(τ)]T＝WHV(θk)βk+n， (5)
其中，
Figure BDA0002334727670000077
nT是高斯噪声向量。事实上用户终端只能获得r和S的值，因此，用户终端k可按照如下公式估计βk
Figure BDA0002334727670000078
为了使用户从rT中估计出βk的值，则WHV应等于或正比于一个导频矩阵，即
s＝γWHV(θk)， (7)
其中
Figure BDA0002334727670000079
表示基站和用户终端都已知的导频矩阵(例如正交矩阵)，γ表示阵列增益的倒数。根据公式(7)，为了使均方估计误差最小化，应当在满足公式(7)的同时尽量减小γ2。基于此，提出如下的优化问题
Figure BDA0002334727670000081
其中，参数l是为了平衡代价函数中的两项。为了简化后文的公式表述，省略公式(8)中的时间变量t，于是有
Figure BDA0002334727670000082
当基站配备单比特量化精度的DAC时，w必须满足相应的约束条件。需要注意的是单比特量化精度DAC的输出信号的符号值落在集合Ω＝{1+j，1-j，-1+j，-1-j}中，但是输出信号的幅度可以变化。基于此，考虑如下两种关于单比特量化精度DAC的约束条件：
不同射频链路的DAC输出信号幅度可变，且w的能量为PT，则w的约束条件为
Figure BDA0002334727670000083
不同射频链路的DAC输出信号幅度保持一致，且w的能量为PT，则w满足
Figure BDA0002334727670000084
考虑公式(10)以及(11)所表示的单比特量化精度DAC约束条件，可将公式(9)所表示的无约束优化问题改为
Figure BDA0002334727670000085
定义
Figure BDA0002334727670000086
以及
Figure BDA0002334727670000087
并对公式(12)中的功率约束条件进行松弛，则可将公式(12)改成对应的实数形式的表达式，即
Figure BDA0002334727670000088
其中，不同射频链路的DAC输出信号幅度可变时，Ξ为
Figure BDA0002334727670000089
不同射频链路的DAC输出信号幅度保持一致，Ξ为
Figure BDA0002334727670000091
加入一个辅助的示性函数
Figure BDA0002334727670000092
Figure BDA0002334727670000093
其中，otherwise的中文含义是其他，则可将公式(14)所表示的问题最终转换为
Figure BDA0002334727670000094
其中，
Figure BDA0002334727670000095
上述公式(18)即为本发明所要解决的下行信道估计问题的目标函数，该问题是一个非凸非平滑优化问题，可通过PGM(Proximal Gradient Method，邻近梯度下降法)，即预设算法，迭代求解。
S13，根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度。
在本发明实施例中，在第q次迭代中，PGM的更新原则表述为
Figure BDA0002334727670000096
其中，
Figure BDA0002334727670000097
表示关于函数g(·)的近邻算子，c(q)＞0表示第q次迭代步长，
Figure BDA0002334727670000098
是函数f(·)的梯度。由于函数g(·)的特殊性，proxg等价于集合Ξ上的欧几里德投影算子，用v表示
Figure BDA0002334727670000099
则proxg的表达式为
Figure BDA00023347276700000910
根据公式(20)，经过相应的代数运算，公式(19)可表示为
Figure BDA00023347276700000911
其中，
Figure BDA00023347276700000912
表示
Figure BDA00023347276700000913
的符号：
Figure BDA00023347276700000914
λ表示在Ξfix的约束条件下
Figure BDA00023347276700000915
的幅度：
Figure BDA0002334727670000101
A表示在Ξvar的约束条件下
Figure BDA0002334727670000102
的幅度向量：
Figure BDA0002334727670000103
公式(24)中的
Figure BDA0002334727670000104
和
Figure BDA0002334727670000105
是构成
Figure BDA0002334727670000106
的子向量。
初始化q＝0，∈以及
Figure BDA0002334727670000107
在第q＝0：Qmax次迭代中计算梯度：
Figure BDA0002334727670000108
S14，在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值。
在本发明实施例中，如果约束条件为Ξfix，则在梯度
Figure BDA0002334727670000109
的方向上进行线性搜索。由于
Figure BDA00023347276700001010
可以分解为幅度和符号两个部分，即
Figure BDA00023347276700001011
则在给定
Figure BDA00023347276700001012
条件下，使目标函数f(·)最小的最优λ的值为
Figure BDA00023347276700001013
其中，线性搜索具体步骤为：根据公式(26)，在梯度
Figure BDA00023347276700001014
方向上寻找比
Figure BDA00023347276700001015
更好的局部最优值，使目标函数f(·)更小，即找到一个
Figure BDA00023347276700001016
使得
Figure BDA00023347276700001017
如果线性搜索成功，则用搜索得到的局部最优值更新
Figure BDA00023347276700001018
即待求解目标值，即
Figure BDA00023347276700001019
如果线性搜索失败，根据公式(21)所示更新
Figure BDA00023347276700001020
即
Figure BDA00023347276700001021
S15，判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行S13，迭代继续进行。
在本发明实施例中，判断是否满足迭代终止条件，如果满足迭代终止条件
Figure BDA00023347276700001022
PGM迭代终止，输出结果
Figure BDA00023347276700001023
此时
Figure BDA00023347276700001024
就是问题(18)的解。否则跳转到S13，迭代继续进行。
需要说明的是，若PGM是对下行信道估计进行求解，则迭代终止后，获得发送信号向量；若PGM是对下行信道预编码进行求解，则迭代终止后，获得预编码码本向量。
使用本发明所提出的PGM得到公式(18)的解
Figure BDA0002334727670000114
之后，可根据
Figure BDA0002334727670000111
以及
Figure BDA0002334727670000112
求得基站待发射的信号w以及γ，用户终端即可根据公式(6)进行信道估计。
本发明实施例使用邻近梯度下降法，针对单比特毫米波多天线系统的下行信道进行估计，性能高，复杂度低，实施简单，具有明显的实际应用价值。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式，包括：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure BDA0002334727670000113
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
在本发明实施例中，配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道可以进行信号传输。在基站与用户终端进行信号传输的情况下，基站与用户终端之间的信号传输经历了独立的路径。根据基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定基站到第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure BDA0002334727670000121
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示基站与用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
本发明实施例根据基站与用户终端之间的信号传输经历的独立的路径及离波方向，确定基站到用户终端的下行信道表达式，以用于下行信道估计。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值，包括：
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据近邻算子的表达式更新所述待求解目标值。
在本发明实施例中，若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述下行信道目标函数在所述梯度方向上的值小于当前下行信道目标函数的值；根据所述局部最优值更新待求解目标值；线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；根据近邻算子的表达式更新所述待求解目标值。具体地，如果线性搜索成功，根据公式(26)，在梯度
Figure BDA0002334727670000122
方向上寻找比
Figure BDA0002334727670000123
更好的局部最优值，使目标函数f(·)更小，即找到一个
Figure BDA0002334727670000124
使得
Figure BDA0002334727670000125
则用搜索得到的局部最优值更新
Figure BDA0002334727670000126
即待求解目标值，即
Figure BDA0002334727670000127
如果线性搜索失败，根据公式(21)所示更新待求解目标值
Figure BDA0002334727670000128
即
Figure BDA0002334727670000131
本发明实施例通过使用邻近梯度下降算法更新待求解目标值，计算复杂度低，实施简单。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
在本发明实施例中，若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。其中，公式(10)和公式(11)是两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件。
本发明实施例根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算邻近梯度下降算法的近邻算子的表达式，计算复杂度低，实施简单，具有明显的实际应用价值。
需要说明的是，当下行信道估计结束后，基站可依据估计得到的信道信息进行预编码，提升系统能量效率。假设
Figure BDA0002334727670000132
Figure BDA0002334727670000133
以及
Figure BDA0002334727670000134
分别表示下行信道矩阵、待发送给k个用户终端的信号以及基站端波束赋形向量。用户终端接收到的信号为
r＝GHw+n， (27)
其中，
Figure BDA0002334727670000135
表示均值为0，方差为σ2的高斯噪声向量。当考虑公式(10)和(11)所表示的单比特约束条件，下行预编码问题可表述为
Figure BDA0002334727670000136
其中，参数l用来平衡代价函数中的两项。类似地，可将公式(28)中的功率约束条件进行松弛，并将公式(28)改成对应的实数形式的表达式，即
Figure BDA0002334727670000137
其中，Ξ的表达式如公式(15)和(16)所示，
Figure BDA0002334727670000141
Figure BDA0002334727670000142
以及
Figure BDA0002334727670000143
公式(29)所表述的问题与公式(14)所展示的问题具有相同的形式，因而可以使用前文所提出的邻近梯度下降法求解公式(29)所表示的预编码问题。
图2示出了本实施例提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置的结构示意图，所述装置包括：下行信道表达式确定模块21、目标函数确定模块22、梯度计算模块23、搜索更新模块24和判断模块25；
所述下行信道表达式确定模块21，用于在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式；
所述目标函数确定模块22，用于根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数；
所述梯度计算模块23，用于根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度；
所述搜索更新模块24，用于在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值；
所述判断模块25，用于判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行所述梯度计算模块23进行的操作，迭代继续进行。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述下行信道表达式确定模块21，具体用于：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure BDA0002334727670000151
其中，βk，l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk，l表示对应该径的离波方向，a(θk，l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述搜索更新模块24，具体用于：
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据所述近邻算子的表达式更新所述待求解目标值。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
本实施例所述的下行信道估计和预编码装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图3为本发明一实施例提供的电子设备的逻辑框图；所述电子设备，包括：处理器(processor)31、存储器(memory)32和总线33；
其中，所述处理器31和存储器32通过所述总线33完成相互间的通信；所述处理器31用于调用所述存储器32中的程序指令，以执行上述方法实施例所提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法。
本发明一实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现了执行上述各实施例提供的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法，其特征在于，包括：
S11，在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式；
S12，根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数，其中，所述目标函数通过以下公式实现：
Figure FDA0003472682370000011
其中，
Figure FDA0003472682370000012
w表示所述基站发送的向量，γ表示所述天线阵列的增益的倒数；
Figure FDA0003472682370000013
s表示所述基站和所述用户终端已知的导频；
Figure FDA0003472682370000014
V(θk)表示具有范德蒙结构的矩阵；PT表示所述基站发射的功率；
Figure FDA0003472682370000015
其中，不同射频链路的DAC输出信号幅度可变时，Ξ为
Figure FDA0003472682370000016
不同射频链路的DAC输出信号幅度保持一致，Ξ为
Figure FDA0003472682370000017
S13，根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度，其中，所述预设算法为邻近梯度下降算法；
S14，在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值，包括：
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据所述近邻算子的表达式更新所述待求解目标值；
S15，判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行S13，迭代继续进行。
2.根据权利要求1所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法，其特征在于，所述在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式，包括：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure FDA0003472682370000021
其中，βk；l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk；l表示对应该径的离波方向，a(θk；l)是等距天线阵列的空间导向矢量,l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
3.根据权利要求1所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法，其特征在于，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
4.单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置，其特征在于，包括：下行信道表达式确定模块、目标函数确定模块、梯度计算模块、搜索更新模块和判断模块；
所述下行信道表达式确定模块，用于在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述用户终端的下行信道的表达式；
所述目标函数确定模块，用于根据所述下行信道的表达式，确定下行信道估计问题或预编码问题的目标函数，其中，所述目标函数通过以下公式实现：
Figure FDA0003472682370000031
其中，
Figure FDA0003472682370000032
w表示所述基站发送的向量，γ表示所述天线阵列的增益的倒数；
Figure FDA0003472682370000033
s表示所述基站和所述用户终端已知的导频；
Figure FDA0003472682370000034
V(θk)表示具有范德蒙结构的矩阵；PT表示所述基站发射的功率；
Figure FDA0003472682370000035
其中，不同射频链路的DAC输出信号幅度可变时，Ξ为
Figure FDA0003472682370000036
不同射频链路的DAC输出信号幅度保持一致，Ξ为
Figure FDA0003472682370000037
所述梯度计算模块，用于根据预设算法，在所述预设算法的第q次迭代中，计算所述下行信道估计问题或预编码问题的目标函数的梯度，其中，所述预设算法为邻近梯度下降算法；
所述搜索更新模块，用于在梯度方向进行线性搜索，并根据线性搜索结果，更新待求解目标值，其中，
若线性搜索成功，确定所述梯度方向上的局部最优值，以使所述目标函数在所述梯度方向上的值小于当前目标函数的值；
根据所述局部最优值更新待求解目标值；
若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式；
根据所述近邻算子的表达式更新所述待求解目标值；
所述判断模块，用于判断是否满足迭代终止条件，若满足，所述预设算法迭代终止，获得发送信号向量，进行下行信号估计，或获得预编码码本向量，进行下行信道预编码；若不满足，则执行所述梯度计算模块进行的操作，迭代继续进行。
5.根据权利要求4所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置，其特征在于，所述下行信道表达式确定模块，具体用于：
在配备了单比特量化精度DAC以及大规模天线阵列的基站与预设个数单天线用户终端的下行信道进行信号传输的情况下，根据所述基站与第k个用户终端之间的信号传输经历的Lk条独立的路径以及离波方向，确定所述基站到所述第k个用户终端的下行信道的表达式，公式为
Figure FDA0003472682370000041
其中，βk；l表示待估计的第k个用户终端的第l径的信道复增益，θk；l表示对应该径的离波方向，a(θk；l)是等距天线阵列的空间导向矢量，l表示所述基站与所述用户终端之间的信号传输经历的独立的路径的条数。
6.根据权利要求4所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码装置，其特征在于，所述若线性搜索失败，计算所述预设算法的近邻算子的表达式，包括：
若线性搜索失败，根据两种单比特量化精度数模转换器DAC的约束条件，计算所述预设算法的近邻算子的表达式。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一所述的单比特毫米波多天线系统信道估计和预编码方法。
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