[發明專利]一種導頻時移大規模MIMO系統中的下行預編碼與基站功率控制方法

有效

• 申請號: 201610056306.8
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105703812B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 張國梅;王杰;呂剛明;李國兵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

本發明提供一種導頻時移大規模MIMO系統中的下行預編碼與基站功率控制方法，通過下行預編碼的設計和基站功率控制，實現時移導頻結構下的下行數據傳輸和上行信道估計的性能折中，從而提升系統的頻譜性能。將最大化信漏噪比SLNR的思想運用到時移導頻結構中，不僅抑制了用戶泄露給其他用戶的干擾，并且通過引入轉換因子抑制了泄露給正在進行信道估計的基站的干擾；在上述最大化SLNR預編碼的基礎上，利用截斷多項式TPE的思想，推導了天線數目有限的情況下的只含大尺度信息的漸進下行SINR表達式，然后以漸進和速率最大為目標求解得到較優的基站下行發送功率和權重因子，實現下行數據傳輸和上行信道估計的性能折中，從而在降低復雜度的同時提升系統的頻譜性能。

技術領域

本發明涉及無線通信中的大規模MIMO系統中的干擾協調領域，具體為一種導頻時移大規模MIMO系統中的下行預編碼與基站功率控制方法。

背景技術

為了提高有限頻譜資源的利用率、滿足人們日益增長的無線通信需求，大規模MIMO(Large Scale MIMO或Massive MIMO)成為新一代無線通信系統的關鍵技術之一。它通過配備數百根天線的基站同時為數十個使用相同時頻資源的用戶服務。研究表明，隨著基站天線數目的增加，噪聲和不相干的小區間干擾將可以忽略不計；并且采用簡單的信號處理方法，如最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)，迫零(Zero-Forcing,ZF)就可以使系統容量顯著提高，降低了實際系統中硬件的實現難度。然而，由于信道相干時間長度是有限的，因此不能保證大規模MIMO系統中所有用戶均使用正交的導頻序列，在基站對用戶進行信道估計時受到使用相同導頻資源的用戶的干擾，這個現象稱之為導頻污染。

目前抑制導頻污染的方法主要有：精準的信道估計算法，魯棒的預編碼算法，導頻結構設計和導頻序列分配算法等。其中時移導頻結構是導頻結構設計算法中的一種，它通過將小區分為若干組，不同組的導頻信號在時間上錯開，當天線數目趨于無窮時，導頻污染僅由同組內使用相同導頻的用戶形成，大大降低了導頻污染水平。然而，實際系統的天線數目并不能達到無窮大，時移導頻結構的上行信道估計受到其他組基站發送的下行數據的干擾不能忽略不計，數據發送功率越大，信道估計就會越不準確，而數據發送功率減小又會導致數據信噪比的降低，因此需要對下行數據發送功率進行折中考慮。已有文獻在天線數有限的情況下研究了MRT和ZF預編碼在導頻時移大規模MIMO系統中的性能，仿真結果表明天線數有限時，和速率隨著基站功率的增加出現先增大后減小的趨勢。但是MRT和ZF預編碼僅僅是簡單的最大化有用信號功率或者最小化干擾功率，他們在導頻時移大規模MIMO系統中的性能并不理想。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種導頻時移大規模MIMO系統中的下行預編碼與基站功率控制方法，通過下行預編碼的設計和基站功率控制，實現時移導頻結構下的下行數據傳輸和上行信道估計的性能折中，從而提升系統的頻譜性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種導頻時移大規模MIMO系統中的下行預編碼與基站功率控制方法，包括如下步驟，

步驟1，獲取大規模MIMO系統中每個用戶的SLNR如下，

其中，U_ki為第i個小區第k個用戶的SLNR，α為轉換因子，P_f是基站發送功率，表示有用信號功率，表示用戶泄露到本小區其他用戶的干擾，Ar表示用戶正在發送上行導頻信號的那一組小區，表示用戶泄露到正在進行上行信道估計的基站的干擾；g_iki第i個小區內第k個用戶與第i個小區基站間的信道矢量，為該信道矢量的共軛轉置；w_ki為第i個小區內第k個用戶的預編碼；G_il表示第i個小區基站與第l個小區基站之間的信道矩陣；K為每小區的用戶數；i，l和k均為正整數；