[發(fā)明專利]基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統(tǒng)下行鏈路模型構(gòu)建方法

有效

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• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112910517B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昀;李雙;徐欽晨;于舒娟
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04B17/391
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于低精度量化的MassiveMIMO中繼系統(tǒng)下行鏈路模型構(gòu)建方法，首先，將基站到中繼的信道系數(shù)和中繼到目的用戶的信道建模成萊斯衰落模型；然后，對萊斯衰落模型下行鏈路的信號分為兩個時隙依次進行處理，第一時隙是基站到中繼的信號處理過程，第二時隙是中繼到目的用戶的信號處理過程；其次，根據(jù)用戶的接收信號表達式以及香農(nóng)公式推導(dǎo)真實可達總速率；最后，利用高階統(tǒng)計量推導(dǎo)可達總速率的閉合表達式。本發(fā)明考慮在MassiveMIMO中繼系統(tǒng)的下行鏈路過程中在基站到中繼和中繼到目的用戶之間存在LOS路徑的情況，使模型更符合實際的通信情況，并且解決了多天線所帶來的高功耗問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統(tǒng)下行鏈路模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

為了滿足第五代移動通信系統(tǒng)在千倍數(shù)據(jù)量、超低延遲、10Gbit/s的傳輸速率及支持多樣化應(yīng)用等方面的技術(shù)指標并且達到高頻譜效率、高能量效率和高成本效率的需求，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均提出了大規(guī)模MIMO技術(shù)。

MIMO的主要思想在于在基站安裝數(shù)百根天線，并在同一時頻資源塊上服務(wù)數(shù)十個用戶。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)通過巨幅提高基站端的天線陣列增益和空間自由度，因此在基站端僅采用簡單的線性信號處理方法，例如最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)和迫零(Zero-Forcing,ZF)，就可以減小甚至消除用戶間干擾影響，從而有效地提高系統(tǒng)容量和頻譜效率。因此，在不同發(fā)射接收方案和不同信道下，關(guān)于Massive MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)容量的研究變得尤為重要。

此外，為了提高移動通信的傳輸速率，改善小區(qū)覆蓋半徑小以及克服移動終端不合適配置多天線的缺點，中繼傳輸技術(shù)被提出并變成解決上述問題的重要技術(shù)之一。中繼技術(shù)可以顯著提高傳輸可靠性，復(fù)用增益和覆蓋范圍。對于多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)網(wǎng)絡(luò)，中繼站被廣泛部署以增強基站與用戶之間的通信質(zhì)量。

為了從大規(guī)模MIMO和中繼技術(shù)的優(yōu)點中受益，一些優(yōu)秀的國內(nèi)外研究學(xué)者對大規(guī)模MIMO中繼網(wǎng)絡(luò)進行了研究。有的利用在中繼中使用的MRT/MRC和ZF處理得出漸近和率，并比較了不同功率下MRT/MRC和ZF之間的和率性能。有的研究了具有AF中繼的多對大規(guī)模MIMO上行鏈路，其中基站和中繼處都配備有大規(guī)模天線?，F(xiàn)有的研究都是基于在中繼處布置大量的天線來提高空間復(fù)用度，并沒有考慮到在基站處使用大規(guī)模天線。

然而，大量的天線使大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的硬件設(shè)計實現(xiàn)變得極其復(fù)雜化。尤其是在系統(tǒng)中每個接收天線都需要配置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)單元，使用大量的天線意味著需要數(shù)量龐大的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。開銷和功耗的指數(shù)型增長導(dǎo)致了高位數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器成為實現(xiàn)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的主要瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統(tǒng)下行鏈路模型構(gòu)建方法，構(gòu)建了無線通信模型并對其進行分析，使模型更符合實際的通信情況，并且解決了多天線所帶來的高功耗問題。

發(fā)明內(nèi)容：本發(fā)明提出一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統(tǒng)下行鏈路模型構(gòu)建方法，具體包括以下步驟：

(1)信道模型的構(gòu)建：將基站到中繼的信道系數(shù)和中繼到目的用戶的信道建模成萊斯衰落模型；

(2)對萊斯衰落模型下行鏈路的信號傳輸過程進行處理：分為兩個時隙依次進行處理，其中第一時隙是基站到中繼的信號處理過程，第二時隙是中繼到目的用戶的信號處理過程；

(3)計算萊斯衰落模型真實可達總速率：根據(jù)用戶的接收信號表達式以及香農(nóng)公式推導(dǎo)真實可達總速率；

(4)計算萊斯衰落模型理論可達總速率：利用高階統(tǒng)計量推導(dǎo)可達總速率的閉合表達式；

(5)通過分析可達總速率的閉合表達式，從而獲得系統(tǒng)容量。