一种保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112953864A(43)申请公布日2021.06.11(21)申请号202110404584.9(22)申请日2021.04.15(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人朱鹏程徐军江鹏李佳珉尤肖虎(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人李悦声(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)H04W12/03(2021.01)H04B7/0413(2017.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法(57)摘要本发明公开了一种保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法，适用于通信领域使用。通过建立上行链路信号传输模型以及混合结构采样模型，每个AP得到一个不完整的基带信号采样矩阵用于信道估计；设计保护隐私的矩阵补全算法，以每个AP得到的不完整的基带信号采样矩阵为输入，在保护用户位置隐私的同时，每个AP输出一个完整的矩阵；每个AP根据输出的完整的矩阵以及已知的导频矩阵进行信道估计，从而在有效保护单天线用户位置的隐私的同时达到最佳的信道估计性能。能够很好的保护用户位置隐私的同时，取得很好的信道估计性能。CN112953864ACN112953864A权利要求书1/3页1.一种保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法，其特征在于：所述无蜂窝混合大规模MIMO系统包括1个基带中心处理单元CPU，M个随机分布的接入点AP，K个随机分布的单天线用户；每个AP采用混合结构，配备Na根天线和Nr＜Na个射频RF链路，所有AP通过光纤回程链路连接到CPU；所有单天线用户和所有AP之间的信道是块衰落的，信道系数在有τc个时隙的相干间隔内保持不变；步骤为：S1.建立无蜂窝混合大规模MIMO系统的上行链路信号传输模型以及混合结构采样模型，每个AP得到一个不完整的基带信号采样矩阵用于信道估计；S2.设计保护隐私的矩阵补全算法，该算法以每个AP得到的不完整的基带信号采样矩阵为输入，在保护用户位置隐私的同时，每个AP输出一个完整的矩阵；S3.每个AP根据输出的完整的矩阵以及已知的导频矩阵进行信道估计，从而在有效保护单天线用户位置的隐私的同时达到最佳的信道估计性能。2.根据权利要求1所述的保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：利用表示AP集合，利用表示单天线用户集合；相干间隔内时隙的集合表示为其中前τp个时隙用来上行信道估计，表示为剩下的τd＝τc‑τp个时隙用来上行数据传输，表示为使用s[t]表示K个单天线用户在时隙t的发射信号向量，其中，当时s[t]代表用来估计信道的导频信号，当时s[t]代表包含信息的数据符号；利用表示第m个AP到第k个单天线用户的信道向量，其中表示复数域；第m个AP上Na根天线在时隙t的接收信号向量表示为：其中为第m个AP到所有用户的信道矩阵，nm[t]是在时隙t时第m个AP接收到的噪声，服从均值为0方差为σ2的循环对称复高斯分布；定义下述矩阵式中：Rm表示第m个AP上Na根天线在τc个时隙的接收信号矩阵，Nm表示第m个AP上Na根天线在τc个时隙的接收噪声矩阵，P表示前τp个时隙内用户发送的导频矩阵，D表示后τd个时隙内用户发送的数据矩阵，S表示总共τc个时隙内用户发送的信号矩阵，包括导频和数据；其中第m个AP上Na根天线在τc个时隙的接收信号矩阵表示为：2CN112953864A权利要求书2/3页每个AP采用基于开关的混合结构，每个时隙从Na根天线中随机选择Nr根天线与Nr个RF相连，然后利用高精度模数转换器变成基带信号，因此，第m个AP在时隙t的接收信号向量rm[t]总共Na个接收信号中只有Nr个接收信号变成基带信号；设Ωm为第m个AP上采样索引(n,t)的集合，即表示rm[t]的第n个元素Rm(n,t)被采样到某个RF上然后变成基带信号，设为第m个AP的基带信号采样矩阵，满足下述映射关系：将该映射表示为很显然Ym每一列只有Nr个非零的基带信号，因此Ym为不完整矩阵。3.根据权利要求1所述的保护隐私的无蜂窝混合大规模MIMO系统信道估计方法，其特征在于，所述步骤S2中保护隐私的矩阵补全算法具体包括：以不完整的总基带信号采样矩阵作为输入，输出一个完整的低秩矩阵的低秩矩阵补全问题可以表示为如下所示的最小二乘问题其中||·||nuc表示核范数，表示Frobenius范数，表示所有AP上采样索引的集合；问题(5)是一个凸优化问题，本发明设计出一种保护隐私的矩阵补全算法求解该问题；保护隐私的矩阵补全算法是一个迭代算法，第n次迭代每个APm输出一个完整