[發明專利]大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法

在審

• 申請號: 201510442674.1
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN105187104A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 居美艷;李岳衡;李黎;黃平
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及大規模MIMO系統的天線選擇方法。

背景技術

隨著移動通信系統以及Internet的迅猛發展，未來移動通信系統的設計目標不僅要求通信速率的提高，還要求實現更大的系統容量和更好的通信質量，而且要能在全球范圍內更好地實現無縫漫游及為用戶提供包括語音、數據和圖像等的多媒體業務。如何實現這個目標已成為世界通信和信息科學學術界研究的熱點。為了在有限的頻譜資源上提高傳輸速率，MIMO技術已成為一種重要的物理層傳輸技術。

近年來，智能終端的興起及無線數據應用業務的豐富，對無線通信系統的容量提出了更高的要求，在能源緊缺及環境惡化日益嚴重的情況下，一種以面向并滿足第五代移動通信系統各項性能指標為目標的“升級版”MIMO傳輸技術，亦即大規模MIMO技術近年來一經提出，就以其所具有的突出高容量、高可靠性、以及綠色低功耗等理論特性而迅速引起了國內外廣大學術界學者和網絡及移動設備制造商的高度關注。

所謂大規模MIMO，就是在基站端采用多達上百根乃至數百根的發射天線來高速傳輸數據的一種新型傳輸技術。與現有傳統MIMO技術相比，大規模MIMO需要在基站端集中配置多達數百根天線。根據接收端所需信號質量的不同要求，完全可以在基站側選擇信道質量較好的若干個發送天線進行發射，即天線選擇技術，從而節省無線鏈路資源，同時也降低了設備復雜度。通常以系統容量為目標進行天線選擇，最容易想到的選擇方法是根據所需天線數在所有天線中進行遍歷選擇，搜索到獲得最大系統容量的最佳發送天線選擇結果，但此遍歷算法復雜度太大，不適于實際應用。現有技術還未解決這些問題。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種適用于大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法，此方法簡化了依據信道容量進行的遍歷天線選擇，采用遞推法進行天線的最優選擇，以低復雜度實現了好的系統性能。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：基于MIMO系統平均功率分配時的信道容量公式，分析推導信道容量公式，再經過簡化及分析，得到關于新增加的發送天線至各根接收天線的信道向量的關鍵表達式；

步驟二：發送端獲取發送天線與接收天線之間的信道信息；

步驟三：根據最大范數準則進行第一根天線的選擇；以步驟1中的信道向量的關鍵表達式為基礎，根據遞推算法，進行所需天線數目的選擇，以獲得最佳的發送天線選擇結果。

前述的大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法，步驟一包括如下內容：基于MIMO系統平均功率分配時的信道容量公式其中ρ為總的發送信噪比，N_t為發送天線數，N_r為接收天線數，為N_r×N_r的單位陣，H為N_r×N_t的信道矩陣，上標H表示共軛轉置，det(·)表示行列式。假設已選擇了L_n根最優的發送天線，此時的信道矩陣為H_n，其維數為N_r×L_n，則再增加一根天線后，可得新的信道矩陣為H_n+1＝[H_nh_s]，其中，h_s為新增加的發送天線至各根接收天線的信道向量，此時，對應的信道容量公式為：其中L_n+1＝L_n+1。對其進行簡化及分析，得到關于h_s的關鍵表達式為從可選天線集合中選擇使其最大的h_i，即為所選的最佳發送天線所對應的信道向量，即

前述的大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法，步驟二包括如下內容：發送端發送一定的導頻，接收端獲得各發送天線與接收天線之間的信道信息并反饋至發送端；或者，根據信道互易性，發送端根據接收信號估計信道信息作為其信道矩陣。

前述的大規模MIMO系統的快速發送天線選擇方法，步驟三包括如下內容：

A，將所有發送天線放入可選天線集合；

B，設定第一根發送天線的選擇依據，進行選擇，并從可選天線集合中刪去已選的第一根發送天線；

C，基于步驟一所得的遞推公式，搜索使得相應表達式達到最大值的發送天線信道向量，該發送天線即為所選的第2根天線，并從可選天線集合中刪去已選的天線；