[發明專利]一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法

有效

• 申請號: 201610255399.7
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105743559B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 王慧明;劉峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L1/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法，其特征在于，所述Massive MIMO系統包括一個具有大規模均勻線陣的基站，天線數目為M，K個單天線的用戶節點，在考慮角度時，彼此不重疊；

所述一種Massive MIMO系統中混合波束形成和空時編碼多用戶下行信號傳輸方法，包括以下步驟：

1)首先，基站對發送給各個用戶的數據進行空時塊碼編碼，得到發送空時塊碼矩陣其中Z_k是給第k個用戶的空時塊碼矩陣；

2)然后，基站對發送空時塊碼矩陣Z，進行線性加權，線性加權系數矩陣為W，第k個用戶的接收信號為：其中h_k是第k個用戶的信道矢量，e_k是加性高斯白噪聲，y_k是接收矢量；

3)在各個用戶功率獨立約束下，分解線性加權系數矩陣為k個小矩陣，對每個用戶分別進行優化，最小化系統誤碼率；

4)在總功率約束下，優化系統的線性加權系數矩陣，最小化系統誤碼率；

步驟2)中利用信道協方差矩陣進行線性加權的步驟包括：

首先對第k個用戶的信道協方差矩陣R_kk進行特征值分解得到：

其中U_k是M×r_k的列酉矩陣，r_k是信道協方差矩陣R_kk的秩，是由特征值構成的對角矩陣；

設計發端線性加權系數矩陣為：

W＝[W₁,W₂,…,W_K]＝[U₁M₁,U₂M₂,…,U_KM_K]

其中M_k是待優化變量；

步驟3)中考慮各個用戶功率獨立約束，得到各個用戶的誤碼率及各自的功率約束為：

其中是估計的等效信道，其和等效信道的關系是ξ_k是相關系數，τ_k是誤差矢量；等效矩陣其中ν_k是利用Karhunen-Loeve表示的信道，即ρ_k,min是關于s_k和的最小值，其中s_k是發送符號，是檢測錯誤的符號，E_k是發送能量，N₀是噪聲功率譜密度。

2.根據權利要求1所述的一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法，其特征在于，對各個用戶功率獨立約束時的誤碼率及其功率約束采用SDR方法求解；首先進行變量代換得到優化問題為：

上式是一個凸優化問題，對其求解獲得各個用戶功率獨立約束時的誤碼率及其功率約束。

3.根據權利要求2所述的一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法，其特征在于，步驟4)中，總功率約束條件下，考慮系統平均誤碼率最小，其優化問題為：

其中

4.根據權利要求3所述的一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法，其特征在于，對總功率約束下的誤碼率及其功率約束采用SDR方法求解；

采用SDR求解，令得到優化問題：

其中

交替求解，得到一個收斂點，從而得到線性加權系數矩陣。

5.根據權利要求3所述的一種Massive MIMO混合波束形成和空時編碼多用戶下行傳輸方法，其特征在于，對總功率約束下的誤碼率及其功率約束采用交替迭代方式求解；

采用交替迭代方法，對原始優化問題變形為：

采用交替迭代的方法，首先固定令得到優化問題：

其中

其中是特征值分解，β_k,i是β_k的第i個元素，σ_k,i是Σ_k的第i個對角元素；對上式求解，得到最優的相應的最優的

當給定p_k時，優化問題變為：

交替求解，得到一個收斂點，從而得到線性加權系數矩陣。