[發(fā)明專利]一種基于矩陣多項(xiàng)式展開的低復(fù)雜度RCI預(yù)編碼算法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460010.9
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111769858A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白娟;董濤;張秦;鄭桂妹;周延年
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04L25/02
• 代理公司: 北京專贏專利代理有限公司 11797
• 代理人: 于剛

本發(fā)明公開了一種基于矩陣多項(xiàng)式展開的低復(fù)雜度RCI預(yù)編碼算法，該算法首先將RCI預(yù)編碼中高維協(xié)作矩陣分解為對角矩陣和中空矩陣相加的形式，可以有效減小高維矩陣冪級運(yùn)算量，為了進(jìn)一步提高近似精度，引入矩陣多項(xiàng)式修正因子向量，并通過最小范數(shù)方法獲取多項(xiàng)式修正因子向量的閉式解，該算法采用較少的多項(xiàng)式階數(shù)就可以獲得與RCI預(yù)編碼近似的安全性能，大大降低了運(yùn)算量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于矩陣多項(xiàng)式展開的低復(fù)雜度RCI預(yù)編碼算法。

背景技術(shù)

大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率和能量效率等特點(diǎn)，已成為5G及未來無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一。可以說，大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)是5G及未來無線通信系統(tǒng)主要網(wǎng)絡(luò)形態(tài)之一。隨著智能終端的海量增加，小區(qū)間共用頻譜，導(dǎo)致小區(qū)間和小區(qū)內(nèi)干擾日益復(fù)雜，從信息角度來說，干擾也意味著信息的泄露，大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)面臨著嚴(yán)峻的安全問題，為保障信息的可靠傳輸，網(wǎng)絡(luò)安全已成為大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)必須解決的先決條件之一。從物理層而言，多小區(qū)、多用戶之間的協(xié)作預(yù)編碼是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)安全性能的關(guān)鍵之一。通過預(yù)編碼可以有效抑制小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間干擾，進(jìn)而有效抑制信息泄露，保障信息安全的傳輸。目前，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)多采用MRT，ZF，RCI等線性預(yù)編碼方案，而RCI預(yù)編碼結(jié)合了MRT，ZF優(yōu)點(diǎn)，在安全性能方面明顯優(yōu)于MRT和ZF預(yù)編碼。但是，隨著基站天線數(shù)目、小區(qū)用戶數(shù)目、協(xié)作基站數(shù)目的大幅度提升，RCI預(yù)編碼高維矩陣維度急速攀升，帶來高復(fù)雜運(yùn)算量問題。現(xiàn)有的基于RCI的低復(fù)雜度預(yù)編碼主要有截?cái)喽囗?xiàng)式展開(Truncatedpolynomialexpansion,TPE)預(yù)編碼方案，該方案主要利用矩陣多項(xiàng)式展開代替RCI高維矩陣的求逆運(yùn)算，基于TPE的低復(fù)雜度預(yù)編碼采用較少的階數(shù)就可以取得與RCI近似的安全性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于矩陣多項(xiàng)式展開的低復(fù)雜度RCI預(yù)編碼算法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于矩陣多項(xiàng)式展開的低復(fù)雜度RCI預(yù)編碼算法，包含以下步驟：

A、利用隨機(jī)矩陣大系統(tǒng)分析方法得到RCI預(yù)編碼最優(yōu)調(diào)整因子α^opt；

B、利用求逆矩陣分解為簡單矩陣多項(xiàng)式形式

C、利用最小范數(shù)法求解不同階數(shù)下的最優(yōu)多項(xiàng)式因子；

D、得到不同階數(shù)下的安全和速率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述步驟A分析的對象需要建立信號模型。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：所述信號模型為一個(gè)下行多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，小區(qū)數(shù)為M，每個(gè)小區(qū)的基站BS均配置N根天線，且可同時(shí)發(fā)送不同的保密信息給個(gè)用戶。所有基站共用資源，頻率復(fù)用因子為1。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：每個(gè)小區(qū)存在一個(gè)被動竊聽者，竊聽者的信道狀態(tài)信息是無法獲取的，假設(shè)每個(gè)竊聽者配置N_E根天線，因此，下行實(shí)際信道為其中，為信道估計(jì)，為信道估計(jì)誤差。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案：對于聯(lián)合處理協(xié)作方法，基站間共享所有用戶的CSI和發(fā)送數(shù)據(jù)，合法用戶的RCI預(yù)編碼為其中，α為RCI預(yù)編碼正規(guī)化調(diào)整因子。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：(1)采用較小的多項(xiàng)式階數(shù)，收斂性能好；(2)多項(xiàng)式展開因子只需求一個(gè)值，即可得到多項(xiàng)式因子向量；(3)基站天線數(shù)目、小區(qū)數(shù)目、小區(qū)用戶數(shù)目可以任意，竊聽者天線數(shù)目可以任意；(4)采用RCI預(yù)編碼運(yùn)算量為Ο(4M³NK²)，而采用本發(fā)明算法運(yùn)算量為Ο(2M²NK)，大幅降低運(yùn)算量。

附圖說明

圖1為信號模型圖。