[發明專利]大規模多輸入輸出場景基于對偶亞模函數的天線選擇方法

在審

• 申請號: 201911057695.6
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110943766A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 張杰;李富強;錢玥妍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種大規模多輸入輸出場景基于對偶亞模函數的天線選擇方法，定義天線選擇中相關參數，建立亞模函數框架下的天線選擇模型，確定貪心選擇算法的標準，用貪心選擇算法近似求解所建的天線選擇數學模型，完成天線選擇。本發明提供了相比于現有技術更加直觀的分析思路和求解方法，在實踐中能夠得以應用；由于本發明建立了對偶亞模函數的天線選擇模型，并使用了貪心算法，求解過程步驟很少，計算簡單直觀，具有較低的復雜度，本發明能夠得到較優的計算結果，并且無論系統輸入數據的條件如何，所選天線組成的信道矩陣達到的性能與最優解的近似比，保證本方法在實際應用中的穩定性。

技術領域

本發明涉及第五代移動通信技術領域，主要是天線選擇，具體是一種基于亞模函數的天線選擇方法，可用于蜂窩小區移動通信系統中。

背景技術

隨著信息社會的蓬勃發展，智能手機在人們日常生活中得到普及，現已成為人們進日常溝通，娛樂以及網上購物的主要工具之一。智能手機的普及刺激了互聯網業務 與動通信的不斷融合，近些年來大量的移動互聯網業務相繼涌現。這些業務的出現滿 足移動用戶日益增長的應用需求，同時也為未來移動通信帶來了諸多挑戰，未來移動 通信不僅僅要求實現高數據傳輸速率，還需符合綠色通信的理念，在保證高數據傳輸 速率同時能夠做到高效、節能、低功耗。

多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術通過多天線收發可充分 利用空間資源提高通信速率并改善通信質量，是無線通信領域實現高速率數據傳輸的 關鍵技術之一。大規模MIMO(Massive MIMO)是一種在傳統MIMO基礎上發展起來的 新興技術。與傳統MIMO技術相比，大規模MIMO技術布置的天線陣列規模更大，考 慮的是數百根天線在同一時頻資源上為數十個終端提供服務的通信場景。由于引入了 大規模天線陣列，系統具有諸多有益特性。

在大規模多輸入多輸出系統中，發射(或接收)端配置大量的天線，可提供分集增益降低誤碼率提高服務質量或提供復用增益提高服務效率，帶來了通信系統性能上的 提升，而在實際應用中，配置大量天線則會受到硬件成本、信號處理復雜度等諸如此 類現實問題的限制。其中射頻鏈路與天線數目成正比，相比于較為廉價的天線，每條 射頻鏈路都包括低噪聲放大器、上(下)變頻器和數模(模數)轉換器等通信器件， 而這些配套系統和器件，價格高昂；與此同時，系統處理的復雜度也與天線數目成比 例。以上因素就導致大規模多輸入輸出系統不能使用任意多數量的天線。因此確定適 用于大規模MIMO系統的天線選擇方案就顯得尤為重要。

在移動通信中，通過天線選擇可以有效的降低天線數目，并降低發送和接收機的算法復雜度，同時保證相當的性能增益。目前常見的天線選擇算法多是根據應用場景， 建立數學模型，并使用凸優化工具求解。由于是選擇問題，所以常見模型約束多為恒 模的(0、1)約束，松弛求解有一定的難度。使用約束松弛方法求得的解，需再映射 回離散域的(0、1)解，而這與實際問題的(0、1)解并不能總是保證一一映射，導 致求解精度有限。與此同時，使用凸優化約束松弛的數學方法求解該問題，并未能直 觀地發掘天線選擇所包含的集合選擇問題實質，使得此方法在工程應用中建模相對復 雜，運算和操作不夠簡明。

在實際的通信系統應用中，傳統的天線選擇方法包括最優法、遞增/遞減法、基于范數的天線選擇法和隨機選擇法。天線選擇最優法復雜度過高，不適合大規模多輸入 多輸出通信場景。遞增/遞減法復雜度低于最優法，同時系統信道容量性能能夠逼近最 優法，但復雜度依然較高?；诜稊档倪x擇方法因其較低的復雜度和系統信道容量性 能接近遞減選擇算法的特點，被認為較為適合于大規模多輸入多輸出天線選擇，但其 系統信道容量性能被認為仍有提升的空間；隨機選擇法復雜度最低，但系統信道容量 性能無法得到保障。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種大規模多輸入輸出場景基于對偶亞模函數的天線選擇方法。本發明的目的在于針對背景技術中的不足之處，提出一種復雜 度較低并且有系統性能保證的大規模多輸入輸出場景基于亞模性質的天線選擇方法。