[發明專利]一種大規模MIMO系統的天線選擇方法

有效

• 申請號: 201811512660.2
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109274412B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 鄧宏貴;楊錦麗;唐成穎;王文慧;楊凱
• 申請（專利權）人: 中南大學;桂林電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種大規模MIMO系統的天線選擇方法，屬于無線通信技術領域，包括：(1)初始化兩個空天線選擇子集S、T；(2)計算大規模MIMO信道矩陣H中各列的范數，將范數最大的列放入天線選擇子集S中作為下一次天線選擇的基準天線，同時將該列和范數最小的列從H中刪除，更新矩陣；(3)遍歷矩陣H的剩余天線，將相關性最小的列放入天線選擇子集S中作為新的基準天線，同時將該列和相關性最大的列從H中刪除，更新矩陣；(4)選出指定數量的天線陣列集合；(5)計算大規模MIMO系統容量和系統能效。本發明通過對大規模MIMO系統的信道矩陣進行雙向交叉迭代選擇，在不增加運算復雜度的情況下，減少了射頻鏈路的部署，降低了硬件成本和實現復雜度，提高了系統容量和能效。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種大規模MIMO系統的天線選擇方法。

背景技術

MIMO(Multi-Input Multi-Output)系統通過在發射端和接收端配置多個天線以獲得分集增益和復用增益，使系統不增加帶寬的情況下成倍提高信道容量和傳輸可靠性。大規模MIMO技術通過在基站端部署成十上百甚至上千根發射天線，充分發掘空間自由度，在同一時頻資源上服務更多的用戶，旨在不增加系統帶寬和發射功率的情況，顯著提高無線通信系統的系統容量和系統能效，是第五代移動通信系統核心技術之一，已經受到了世界各研究學者和通信工作者的深入研究。

當使用所有的天線來進行數據傳輸時，大規模MIMO系統的基站端需要部署和基站天線數量相等的射頻鏈路，這會導致極大的射頻鏈路開銷，硬件成本和維護成本增多。此外，隨著基站端天線數量的增多，在有限的空間中，不同天線的水平和垂直間距有可能被壓縮，天線間的相關性增強，不同信道之間的信號容易受到干擾，造成一定的容量損失。天線選擇技術通過選擇合適的天線子集用于數據傳輸，可以在進一步提高系統容量和系統能效的基礎上降低系統的硬件成本和實現復雜度，改善通信系統的通信質量，提高系統性能，實現綠色通信的要求。現在有幾種經典的天線選擇算法：窮盡搜索算法、遞增天線選擇算法、遞減天線選擇算法、最大范數法、隨機選擇法。其中，窮盡搜索算法是最優算法，能夠實現最優的系統容量，但是運算次數極大，復雜度高，并不適合擁有大規模天線陣列的大規模MIMO系統；遞增天線選擇算法始于空集，每次選出對系統容量貢獻最大的天線；遞減天線選擇算法始于全集，每次刪除對系統容量貢獻最小的天線；遞減算法和遞增算法原理相同，相對于窮盡搜索算法復雜度極大降低，是天線選擇的次優算法；最大范數法是從信道矩陣H中選出L列具有最大Frobenius范數列構成選擇子集，復雜度較低；隨機選擇法是從信道矩陣H中隨機選出L根天線，實現簡單，但是對系統容量的提升貢獻不大。上述幾種經典算法不能完全適用于大規模MIMO系統，因此大規模MIMO系統的天線選擇成為新的研究熱點。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種大規模MIMO系統的天線選擇方法，以提高系統容量和系統能效，降低硬件成本和實現復雜度，改善通信系統的通信質量和傳輸可靠性。

為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供一種大規模MIMO系統的天線選擇方法，包括以下步驟：

步驟一、初始化兩個空天線選擇子集S＝{}和T＝{}；

步驟二、計算大規模MIMO信道矩陣H中各列的范數，將范數最大的列h_f放入天線選擇子集S中作為下一次天線選擇的基準天線h₀，同時將范數最大的列h_f和范數最小的列h_m^*從信道矩陣H中刪除，更新矩陣S、H、T：

S＝S+{h_f}；H＝H-{h_f,h_m^*}；T＝S+H；h₀＝h_f；