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专利号: 2024102947283
申请人: 齐鲁工业大学(山东省科学院)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-06-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于FFDNet的毫米波大规模MIMO系统信道估计方法,其特征在于,所述方法包括:步骤S1、搭建毫米波大规模多输入多输出MIMO系统,并利用透镜天线的均匀平面阵列UPAS产生新的波束空间数据集,将所述波束空间数据集分为训练集、测试集和验证集;

步骤S2、构建基于快速灵活去噪网络FFDNet的毫米波大规模MIMO系统的去噪神经网络FFDNet‑AMP模型;

步骤S3、根据步骤S2中的FFDNet‑AMP模型,设定多个网络算法的参数,所述多个网络算法包括快速灵活去噪网络FFDNet算法、协稀疏分析近似消息传递成像SCAMPI算法、非局部均值滤波近似消息传递NLM‑AMP算法、高斯近似消息传递Gauss‑AMP算法、神经网络近似消息传递LDAMP算法和双边近似消息传递Bilateral‑AMP算法;

步骤S4,根据步骤S1中的训练集对FFDNet算法、SCAMPI算法、NLM‑AMP算法、Gauss‑AMP算法、LDAMP算法和Bilateral‑AMP算法进行训练,获取每个算法的训练结果数据;并判断FFDNet算法的训练结果数据是否达到预设的训练阈值;其中,所述训练结果数据包括去噪效果数据、网络损失曲线及训练时间;

步骤S5,若判断出所述FFDNet算法的训练结果数据达到预设的训练阈值,则将步骤S1中的测试集和验证集输入至FFDNet‑AMP模型中进行测试验证,获得测试验证参数;并判断所述测试验证参数是否达到预设的验证阈值;

步骤S6,若判断出所述测试验证参数达到预设的验证阈值,则将训练后的FFDNet算法和近似消息传递AMP算法相结合,以完成对毫米波大规模MIMO系统的信道估计;

所述步骤S1包括:

采用室内多径信道统计模型Saleh‑Valenzuela作为毫米波大规模MIMO系统的信道模型,用户与透镜天线G×K之间的信道向量H,其中,G和K均为天线的数量,G×K为天线总数;H表达式如下所示:;

其中,H为波束空间通道矩阵, ;L为路径数, 为第i条路径的路径增益;

和 分别为入射平面波的方位角和仰角; 为天线阵响应矩阵,其由天线阵的几何形状决定;

广泛的透镜天线的均匀平面阵列,其表达式如下所示:

其中, , ; 为载波波长;d为天线间距,在毫米

波通信系统中满足 ;

利用透镜天线阵列将空间域信道转换为波束空间信道,对H进行矢量化,得到波束空间通道向量h, ;上行训练阶段,用户向毫米波基站BS发送训练符号s,则在毫米波基站接收到的信号向量为y, ;y表达式如下所示:;

其中, ,其为高斯噪声向量;设s=1,在毫米波基站接收端已知导频信号;

所述步骤S2包括:

所述快速灵活去噪网络FFDNet由1层下采样网络、1个卷积神经网络CNN、1层下采样的逆运算网络及1层残差网络构建信道估计模型;其中,下采样网络将原始图像分成4个去噪后的子图像,并将4个去噪后的子图像和1个可调的噪声水平升级图输入至卷积神经网络;

卷积神经网络的每一层均由3个网络层组成,所述3个网络层包括第1卷积层、第2中间层和第3滤波层;其中,所述第1卷积层包括64个不同的滤波器Conv,其滤波器大小为3×3×

1和1个非线性激活函数ReLU;所述第2中间层包括64个不同的滤波器,其滤波器大小为3×3×64、1个批标准化BN和1个非线性激活函数;所述第3滤波层包括1个大小为3×3×64的滤波器;

利用1个3×3×64的滤波器输出4个去噪后的子图像,在第3滤波层经下采样的逆运算网络生成残余噪声网络,并利用残差网络生成估计信道矩阵;将所述快速灵活去噪网络FFDNet和近似消息传递算法AMP相结合,以构建基于FFDNet的毫米波大规模MIMO系统的去噪神经网络FFD‑AMP模型。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3设定的参数包括:

设定毫米波大规模MIMO系统的透镜天线G×K的均匀平面阵列,路径数为4;G和K的取值均为64。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S4中的训练包括:将波束空间数据集缩放到[0,1]范围内,采用随机梯度下降法和ADAM优化器对FFDNet算法进行训练优化。

4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在执行权利要求1至3中任一项所述的基于FFDNet的毫米波大规模MIMO系统信道估计方法。

5.一种电子设备,其特征在于,包括:一个或多个处理器;存储器;以及一个或多个计算机程序,其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中,所述一个或多个计算机程序包括指令,当所述指令被所述设备执行时,使得所述设备执行权利要求1至3中任一项所述的基于FFDNet的毫米波大规模MIMO系统信道估计方法。