[發明專利]大規模多輸入多輸出系統中發射端發射天線的選擇方法

有效

• 申請號: 201710556193.2
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107171712B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 杜利平;秦運慧;陳月云
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0413
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種大規模多輸入多輸出系統中發射端發射天線的選擇方法，能夠有效降低大規模MIMO系統中發射天線選擇的復雜度，且具有較小的性能損失。所述方法包括：在滿足各發射天線發射功率均等分配的前提下，以最大化系統容量為目標，確定單小區多用戶條件下最大化系統容量的優化模型，其中，所述系統為大規模MIMO系統；利用秩缺選擇矩陣表示發射天線選擇結果，根據所述秩缺選擇矩陣對確定的優化模型進行更新，得到新的優化模型；根據得到的新的優化模型，利用遺傳算法選擇最優的發射天線集合。本發明涉及無線通信技術領域。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是指一種大規模多輸入多輸出系統中發射端發射天線的選擇方法。

背景技術

近年來，大規模多輸入多輸出(Massive MIMO,Massive multiple-inputmultiple-output)技術，因其在同一時頻資源下，通過在基站端配置大量(十到百)天線來服務多個用戶，能極大地提高系統的頻譜效率和能量效率而引起廣泛關注。然而，隨著天線數的不斷增加，成本和能量損耗是影響其實用化最主要障礙。另外，在理論的獨立同分布瑞利衰落條件下，研究假定各天線對整個系統性能貢獻一致。但是，在真實傳播環境中，大規模衰落和信道模式使得各天線對整個系統性能貢獻不一致。Massive MIMO系統的成本，信號處理復雜性及各天線對系統性能貢獻不一致，使得在全部的天線陣列中進行天線選擇具有重要意義。

窮盡搜索能夠獲得最優的天線集合，但是，隨著天線數的不斷增加，其計算復雜性也不斷增加，即當天線數為N_t，選擇天線數為L_t，共有種天線組合，最優天線選擇策略需要在種可能中窮盡搜索，這在大規模天線陣列中并不可行。為解決這一問題，目前已提出各種優化方法，其中有人提出一種在Massive MIMO系統中用凸優化進行天線選擇的近優算法。同時，在真實傳播環境中，通過限制性凸松弛也能給出發射鏈路子集，但其結果計算是一個非確定性多項式難題(NP-Hard)問題，所以可通過放松限制條件，將問題轉化為可解凸優化問題，將優化目標轉化成凸優化可解是解決這一問題的關鍵，計算復雜性大。此外，在MIMO系統中，有人提出用注水算法進行天線選擇，這是一種近優解決方法，當天線數為N_t，其計算復雜性主要來自N_t次求解信道矩陣的協方差矩陣(HH^H)，這比凸優化的計算復雜性低，但其系統性能較差?？梢?，在實際Massive MIMO系統中凸優化算法依然復雜，注水算法性能較差，因此有必要設計一種具有更低復雜度更好性能的天線選擇方法。

在Massive MIMO系統中，傳統的窮盡搜索能得到最優天線集合，但天線選擇的復雜度隨著天線數指數增加，以致在實際中難以實現；基于注水算法的天線選擇方法作為一種有效的次優選擇方法，計算復雜度降低，但性能略差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種大規模多輸入多輸出系統中發射端發射天線的選擇方法，以解決現有技術所存在的計算復雜度高、性能差的問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種大規模多輸入多輸出系統中發射端發射天線的選擇方法，包括：

在滿足各發射天線發射功率均等分配的前提下，以最大化系統容量為目標，確定單小區多用戶條件下最大化系統容量的優化模型，其中，所述系統為大規模MIMO系統；

利用秩缺選擇矩陣表示發射天線選擇結果，根據所述秩缺選擇矩陣對確定的優化模型進行更新，得到新的優化模型；

根據得到的新的優化模型，利用遺傳算法選擇最優的發射天線集合。

進一步地，所述以最大化系統容量為目標，確定單小區多用戶條件下最大化系統容量的優化模型包括：

設大規模MIMO系統的基站配有N_t根發射天線用于服務N_r個單天線用戶，每個單天線用戶的信噪比為σ，信道矩陣為H；