電子科技大學關雅靜獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉電子科技大學申請的專利采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN115604815B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202211122290.8,技術領域涉及:H04W64/00;該發明授權采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法是由關雅靜;成先濤設計研發完成,并于2022-09-15向國家知識產權局提交的專利申請。
本采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法在說明書摘要公布了:本發明屬于無線通信技術領域,具體涉及一種采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法。本發明在信道估計階段提出了一種交替迭代算法框架。首先通過廣義Turbo算法恢復出未量化信道,并利用多任務稀疏貝葉斯學習進行信道粗估計,隨后基于期望最大化進行信道細估計,迭代上述過程完成信道參數估計。位置估計階段將位置信息得到的信道參數與算法估計的信道參數的殘差作為優化函數,利用牛頓法求解該優化問題。實驗表明,本發明所提出的毫米波通信系統定位方法在低精度量化的情況下,依然能夠實現精確的用戶定位,并達到對應的理論下界。
本發明授權采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法在權利要求書中公布了:1.采用低精度量化的毫米波通信系統定位方法,用于大規模多輸入多輸出正交頻分復用系統,定義系統包括單天線的用戶端和具有N根天線的基站端,其特征在于,定位方法包括以下步驟: S1、定義在系統上行鏈路中,子載波總數為M,第m個子載波上的頻域信道表示為: 其中L為多徑數,cl和τl為第l條多徑的復增益和時延,φl,m是相應的空間方向,定義為 φl,m=1+fmfcdsinθlλc2 是第m個子載波的頻率,W是系統帶寬,fc是載波頻率,λc是載波波長,θl是第l條路徑的到達角,d是天線間距,設置d=λc2;aφl,m是陣列響應向量,考慮均勻線性陣列,有 在基站端,第m個子載波的接收信號如下: ym=hmsm+nm4 其中sm是訓練符號,表示均值為0和方差為σ2的加性復高斯噪聲,將sm設置為1,基于公式4,第n條天線處接收的時域信號為: 是歸一化的離散傅里葉變換矩陣,第i行第j列元素為 其中hm,n是hm的第n個元素,是噪聲向量; 通過低精度ADC進行采樣,將量化為數字信號qn,分別用和qn,p表示和qn的第p個元素,可得: 其中,和分別表示的實部和虛部,復數量化器由兩個實數量化器組成,通過量化精度為Qb比特的ADC將和映射到離散值之一: 其中-∞=u0u1…uB=∞是量化門限,v1v2…vB是輸出電平,對于中平均勻量化器: 其中Δ是量化間隔; 得到基于低精度ADC的系統模型為: S2、利用Gturbo算法恢復出未量化的頻域信道Gturbo算法包括兩個模塊: 模塊A:計算zn的后驗均值和方差,由于各元素計算方式相同,下述計算過程省略下標n: 計算的外部均值和方差: 模塊B:計算的后驗均值和方差: 計算zn的外部均值和方差: 將作為的估計值,根據其中是的第m個元素,則可獲得hm; 將模塊A和模塊B迭代執行,直到收斂; S3、信道參數的估計:將信道hm表示為字典中原子的線性組合,P表示到達角度在[-1,1]的均勻采樣網格點數,將公式4重寫為: ym=Dmxm+nm20 其中,xm∈CN×1是只有L個非零元素的稀疏向量, 令xm服從相同的均值為0,方差為αx -1的復高斯分布,αx=[αx,1,αx,2,...,αx,P]T,則有:其中Λx=diag{αx},噪聲nm中每個元素服從均值為0,方差為β-1的相同的復高斯分布,則xm的后驗分布也為復高斯分布,其均值和方差為: 更新αx和β的公式為: 其中Vxmp,p表示矩陣Vxm的第p個對角元素,按照公式24和公式25所示的更新表達式進行迭代更新,得到μxm后,即可取K個最大非零元的位置作為進一步估計的候選徑,根據該位置保留字典Dm相應的列和μxm中相應的行,得到降維的字典和xm的估計值 S4、信道參數的細估計:對真正的未知字典線性近似引入量化誤差,定義θk為候選徑在字典中對應的角度值,將接收信號重構為: 其中且 表示對θk求導,γ和η表示候選徑的復增益和時延,且δk∈[-1P,1P],初始值的計算如下 表示的第k個元素; 利用EM算法估計{γ,δ,η,α,β},在EM算法的E步驟中,更新γ的后驗均值和方差: 其中,Λ=diagα,將后驗均值μ作為γ的估計值; 在EM算法的M步驟中,更新參數集{δ,η,α,β},完全似然函數的對數期望為: 其中,Vk,k表示矩陣V的第k個對角元素,tr·表示矩陣的跡,const代表常數項,參數的更新公式如下 其中 其中 Bm=Φmdiag{μ}36 E步和M步迭代更新,直至收斂;角度θ更新方式為θt+1=θt+δ,θt表示第t次更新時的角度,將恢復出來的信號的均值和方差傳回到Gturbo中,作為hn的先驗均值和方差; S5、位置參數的估計,根據幾何關系得: 上式為一個位置參數矢量到信道參數矢量的映射,具體映射關系為其中κl=[τl,θl,cl]T,ζ1=[px,py]T,ζl=[sl,x,sl,y]T, 根據信道參數矢量κl=[τl,θl,cl]T,位置參數矢量其中ζ1=[px,py]T,ζl=[sl,x,sl,y]T,構造優化函數: 其中,Jκ是一個加權矩陣,用單位陣替代,滿足下式: 位置參數的更新公式如下 ζnew=ζ+h43 其中,h是步進距離,計算公式如下 h=-H+μI-1g44 其中Jjacobi是雅可比矩陣,計算公式如下 算法中的μ是阻尼系數,取值由增益ρ決定, 其中 如果ρ0,增大μ的大小,反之,則減小μ的大??;迭代結束,至此獲得了位置參數的估計值。
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