[發明專利]基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統下行鏈路模型構建方法

有效

• 申請號: 202110067128.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112910517B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 張昀;李雙;徐欽晨;于舒娟
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 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所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于低精度量化的MassiveMIMO中繼系統下行鏈路模型構建方法，首先，將基站到中繼的信道系數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，根據用戶的接收信號表達式以及香農公式推導真實可達總速率；最后，利用高階統計量推導可達總速率的閉合表達式。本發明考慮在MassiveMIMO中繼系統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。

技術領域

本發明屬于無線通信信號處理技術領域，具體涉及一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統下行鏈路模型構建方法。

背景技術

為了滿足第五代移動通信系統在千倍數據量、超低延遲、10Gbit/s的傳輸速率及支持多樣化應用等方面的技術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，學術界和工業界均提出了大規模MIMO技術。

MIMO的主要思想在于在基站安裝數百根天線，并在同一時頻資源塊上服務數十個用戶。大規模MIMO系統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容量和頻譜效率。因此，在不同發射接收方案和不同信道下，關于Massive MIMO系統的系統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，中繼傳輸技術被提出并變成解決上述問題的重要技術之一。中繼技術可以顯著提高傳輸可靠性，復用增益和覆蓋范圍。對于多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)網絡，中繼站被廣泛部署以增強基站與用戶之間的通信質量。

為了從大規模MIMO和中繼技術的優點中受益，一些優秀的國內外研究學者對大規模MIMO中繼網絡進行了研究。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中繼的多對大規模MIMO上行鏈路，其中基站和中繼處都配備有大規模天線。現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用度，并沒有考慮到在基站處使用大規模天線。

然而，大量的天線使大規模MIMO系統的硬件設計實現變得極其復雜化。尤其是在系統中每個接收天線都需要配置模數轉換器(ADC)單元，使用大量的天線意味著需要數量龐大的模數轉換器。開銷和功耗的指數型增長導致了高位數的模數轉換器成為實現大規模MIMO系統的主要瓶頸。

發明內容

發明目的：本發明提出一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統下行鏈路模型構建方法，構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。

發明內容：本發明提出一種基于低精度量化的Massive MIMO中繼系統下行鏈路模型構建方法，具體包括以下步驟：

(1)信道模型的構建：將基站到中繼的信道系數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：根據用戶的接收信號表達式以及香農公式推導真實可達總速率；

(4)計算萊斯衰落模型理論可達總速率：利用高階統計量推導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，從而獲得系統容量。