[發明專利]一種基于光滑近似思想的MIMO系統聯合預編碼和天線選擇方法

有效

• 申請號: 201710494524.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107181515B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 王維維;趙明杰;史清江;徐偉強;吳呈瑜
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于光滑近似思想的MIMO系統聯合預編碼和天線選擇方法，包括以下步驟：首先獲取多輸入多輸出(MIMO)系統的參數，建立MIMO系統天線選擇問題的數學模型；接著利用光滑近似(SA)思想將MIMO系統天線選擇問題轉化為光滑問題，迭代求解該問題，完成天線選擇；最后，對所選擇的MIMO子系統進行最優預編碼設計。本發明利用光滑近似思想設計MIMO系統聯合預編碼和天線選擇，能夠在獲得良好系統信噪比的情況下實現快速的天線選擇。

技術領域

本發明涉及移動通信技術領域，具體涉及一種基于光滑近似思想的MIMO系統聯合預編碼和天線選擇方法。

背景技術

近年來，人們對無線通信的需求日益增高，而現有無線系統已逐漸難以滿足需求，下一代無線系統(5G)的研究愈發迫切。作為下一代無線通信系統的關鍵技術之一，大規模多輸入多輸出系統(massive MIMO)的研究吸引了越來越多的研究者。大規模MIMO天線數量增多會增加射頻鏈路數量，這極大的增加了系統成本和復雜度。解決該問題的一個有效方案就是天線選擇。該技術在保留MIMO系統大多數優點的前提下有效地降低了系統成本和復雜度。然而，天線選擇問題本身是一個NP-hard問題，求解該問題需要依賴遍歷搜索方法，否則無法得到全局最優解。而遍歷搜索方法會使得計算時間復雜度隨天線數量指數增加，在大規模MIMO中難以在相干時間內計算出最佳的天線選擇方案，因此降低時間復雜度的天線選擇算法在大規模MIMO中極為重要。因此本發明利用光滑近似(SA)思想解決天線選擇中的NP-hard問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于光滑近似思想的MIMO系統聯合預編碼和天線選擇方法，本發明考慮了MIMO系統天線選擇中NP-hard問題以及遍歷搜索計算復雜度過高的問題，可以保證在獲得良好系統信噪比的情況下實現快速的天線選擇。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于光滑近似思想的MIMO系統聯合預編碼和天線選擇方法，該方法包括如下步驟：

(1)：獲取多輸入多輸出(MIMO)系統參數：基站(BS)發射天線數N、移動終端接收天線數M、發射機從N個發射天線中選擇的發射天線數K、最大發射功率P；

(2)：利用導頻方法進行信道估計得到信道矩陣初始化收斂閾值ε、功率約束向量x、近似光滑系數β；

(3)：利用光滑近似思想，得到光滑的MIMO系統天線選擇優化問題：

其中x為優化變量，ρ為對偶優化變量，h_i為信道矩陣H的第i列；

(4)：近似求解問題(1a)的內層優化問題，得到啟發式解ρ^*：

其中(|x^Hh_i|²)_K為所有|x^Hh_i|²(i＝1，…，N)中第K大的元素；然后根據下述迭代式子更新x；

其中，x_k為第k次迭代中x的值，

如果滿足條件||x_k-x_k+1||₂≤ε，執行步驟5，否則重復步驟4；

(5)：根據步驟4得到x，計算|x^Hh_i|²，取最大的K個值對應的索引號作為天線選擇集合I：