大规模MIMO信道估计的信息几何方法及系统

技术特征：
1.大规模mimo信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：基站侧/用户终端通过上行/下行探测获得信道的先验统计信息；基站侧/用户终端通过接收到的上行/下行导频信号以及先验统计信息，利用信息几何方法获取信道的后验统计信息；所述信息几何方法将高斯分布的集合定义为原始流形，并且根据信道的后验分布构造目标流形和辅助流形，所述目标流形和辅助流形均为原始流形的子流形，迭代计算辅助流形中的分布在目标流形上的m-投影，并根据m-投影更新目标流形以及辅助流形中的分布，最后以目标流形上分布的均值和方差作为信道估计的后验均值和后验方差。2.根据权利要求1所述的大规模mimo信道估计方法，其特征在于，所述目标流形是一类各个元素相互独立的高斯分布的集合，辅助流形是一类协方差矩阵为一对角阵与秩为1矩阵之和的逆矩阵的高斯分布的集合；m-投影通过最小化辅助流形中的分布与目标流形之间的kl散度得到。3.根据权利要求1所述的大规模mimo信道估计方法，其特征在于，所述目标流形和辅助流形中的分布的均值及协方差矩阵通过各自辅助计算的参数矢量和参数实对角矩阵表示；其中目标流形中分布的协方差矩阵表示为先验方差的逆与参数实对角矩阵之差的逆矩阵，均值通过协方差与参数矢量的乘积表示；辅助流形中的分布的协方差表示为先验方差的逆与参数实对角矩阵之差再与秩为1矩阵之和的逆矩阵，其中秩为1矩阵由感知矩阵中相应行与噪声方差表示，均值通过协方差矩阵与参数矢量结合感知矩阵中相应行、接收导频信号矢量相应元素以及噪声方差组成矢量的乘积表示。4.根据权利要求2所述的大规模mimo信道估计方法，其特征在于，将辅助流形的协方差矩阵使用sherman-morrison公式展开。5.根据权利要求1所述的大规模mimo信道估计方法，其特征在于，利用信息几何方法获取信道的后验均值和后验方差的步骤包括：(1)建立大规模mimo信道的原始流形、目标流形以及辅助流形；(2)初始化辅助流形以及目标流形上分布的参数；(3)根据辅助流形上分布的参数、接收到的导频信号以及信道的先验统计信息计算辅助流形中的分布在目标流形上的m-投影；(4)根据m-投影更新辅助流形以及目标流形上分布的参数；重复步骤(3)-(4)直至预设迭代次数或目标流形上分布的参数收敛。6.根据权利要求1所述的大规模mimo信道估计方法，其特征在于，基于空频波束基信道统计表征模型计算空频波束域信道的先验统计信息和后验统计信息，空频波束基信道统计表征模型中，空间频率域信道矩阵由空频波束域信道矩阵左乘采样空间舵矢量矩阵并右乘采样频率舵矢量矩阵的转置矩阵后得到，空频波束域信道各元素是统计独立的；对于基站侧，利用采样空间舵矢量矩阵和采样频率舵矢量矩阵将空频波束域信道的后验均值和后验方差转换为空间频率域信道的后验均值和后验方差；对于用户终端侧，将各自的空频波束域信道的后验统计信息反馈给基站，基站侧利用采样空间舵矢量矩阵和采样频率舵矢量矩阵将所获得的空频波束域信道的后验均值和后验方差转换为空间频率域信道的后验均值和后验方差。7.一种计算机设备，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，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的大规模mimo信道估计方法。8.一种大规模mimo通信系统，包括基站和多个用户终端，其特征在于，所述基站用于：通过上行探测获得各个用户终端的信道的先验统计信息；通过接收到的上行导频信号以及先验统计信息，利用信息几何方法获取各个用户终端的后验统计信息；所述信息几何方法将高斯分布的集合定义为原始流形，并且根据信道的后验分布构造目标流形和辅助流形，所述目标流形和辅助流形均为原始流形的子流形，迭代计算辅助流形中的分布在目标流形上的m-投影，并根据m-投影更新目标流形以及辅助流形中的分布，最后以目标流形上分布的均值和方差为信道估计的后验均值和后验方差。9.一种大规模mimo通信系统，包括基站和多个用户终端，其特征在于，所述用户终端用于：通过下行信道探测获得各自信道的先验统计信息；通过接收到的下行导频信号以及先验统计信息，利用信息几何方法以及信道预测方法获取各自信道的后验统计信息并反馈给基站；所述信息几何方法将高斯分布的集合定义为原始流形，并且根据信道的后验分布构造目标流形和辅助流形，所述目标流形和辅助流形均为原始流形的子流形，迭代计算辅助流形中的分布在目标流形上的m-投影，并根据m-投影更新目标流形以及辅助流形中的分布，最后以目标流形上分布的均值和方差为信道估计的后验均值和后验方差。10.一种大规模mimo通信系统，包括基站和多个用户终端，其特征在于，所述基站或用户终端包括存储器、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，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的大规模mimo信道估计方法。

技术总结
本发明公开了大规模MIMO信道估计的信息几何方法及相关系统。本发明依据信息几何理论进行信道估计，获取各用户终端信道的后验统计信息，包括后验均值和方差。其中信息几何方法将高斯分布的集合定义为原始流形，根据信道的后验分布构造目标流形和辅助流形，迭代计算辅助流形上的分布在目标流形上的m-投影并根据m-投影更新辅助流形以及目标流形中分布的参数，最后以目标流形上分布的均值和方差作为信道估计的后验均值和后验方差。本发明提出的信息几何方法能够在保证信道估计准确度的前提下，显著降低信道估计的计算复杂度及导频开销，有效地解决大规模MIMO系统的信道信息获取问题。问题。问题。


技术研发人员：高西奇 杨济源 卢安安 陈衍
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/6/14