[發明專利]一種大規模MIMO系統的低復雜度預編碼方法

有效

• 申請號: 202110452848.8
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113055061B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 周武旸;邱振堃
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04L25/02
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;韓珂

1.一種大規模MIMO系統的低復雜度預編碼方法，其特征在于，包括：

對大規模MIMO系統信道建模，估計相應的信道矩陣，并利用DFT變換將信道矩陣中的信道向量變換為虛擬信道向量，并通過虛擬信道向量的估計值構建估計的虛擬信道矩陣；

利用估計的虛擬信道矩陣計算RZF預編碼矩陣，并代入發射信號表達式，再采用共軛梯度法求解線性方程組，得到天線發射信號；

其中，所述采用共軛梯度法求解線性方程組，得到天線發射信號包括：

首先，采用如下步驟求解線性方程組：

步驟a、計算對角矩陣其中，表示估計的虛擬信道矩陣；

步驟b、初始化t₀＝D^-1u，殘差殘差能量以及迭代次數n＝0；其中，u為基站想要發給各用戶的信號向量，表示矩陣的Hermitian共軛轉置，α為RZF預編碼矩陣的正則化系數；

步驟c、設置最大迭代次數N_max和可容忍誤差ζ；

步驟d、令當前迭代次數n＝n+1；

步驟e、如果n＝1，則計算第n步搜索方向p_n＝r_n-1；否則，

步驟f、計算第n步中間變量

步驟g、計算第n步搜索步長

步驟h、計算t_n＝t_n-1+γ_np_n；

步驟i、計算r_n＝r_n-1-γ_nw_n；

步驟j、計算

步驟k、若滿足并且n＜N_max，則重復步驟d～步驟j；否則結束迭代，得到向量t＝t_n；

之后，利用求得的向量t計算基站天線發射信號其中，ξ為確保發射信號功率為P的功率約束因子，為DFT矩陣，M為MIMO系統中基站端天線數量。

2.根據權利要求1所述的一種大規模MIMO系統的低復雜度預編碼方法，其特征在于，所述對大規模MIMO系統信道建模，估計相應的信道矩陣，并利用DFT變換將信道矩陣中的向量變換為虛擬信道向量包括：

記大規模MIMO系統中基站端天線數量為M，用戶數量為K，信道為平坦衰落信道，則信道矩陣為：

其中，表示h_k為維度為M×1的復數數組，h_k為基站端到第k個用戶的信道向量，k＝1,...,K，當用戶端為單天線時，建模為：

其中，L為多徑數量，β_k,l和φ_k,l分別為第k個用戶的第l條路徑的復增益和到達角，a(φ_k,l)為到達角為φ_k,l時基站端天線的流形向量；

如果基站端采用均勻線陣，d為相鄰陣元的間距，λ為發送信號波長，則基站天線流形向量表示為：

其中，φ為到達角；

對信道向量進行估計，得到信道向量的估計值k＝1,...,K，其中，n_k為信道估計噪聲；

利用DFT變換，將信道向量的估計值變換為虛擬信道向量其中為DFT矩陣。

3.根據權利要求1或2所述的一種大規模MIMO系統的低復雜度預編碼方法，其特征在于，所述通過虛擬信道向量的估計值構建估計的虛擬信道矩陣包括：

對于虛擬信道向量保留幅值最大的C個元素，并將其余位置的元素置零，得到虛擬信道向量的估計值其中，M為MIMO系統中基站端天線數量，C≤M；為信道矩陣中的信道向量的估計值，為DFT矩陣；

根據虛擬信道向量的估計值構建估計的虛擬信道矩陣其中，K為用戶數量。

4.根據權利要求1所述的一種大規模MIMO系統的低復雜度預編碼方法，其特征在于，利用估計的虛擬信道矩陣計算RZF預編碼矩陣，并代入發射信號表達式包括：

利用估計的虛擬信道矩陣計算RZF預編碼矩陣W，表示為：

其中，表示矩陣的Hermitian共軛轉置，ξ為確保發射信號功率為P的功率約束因子，α為RZF預編碼矩陣的正則化系數，I_K為K×K的單位矩陣，K為用戶數量，是DFT矩陣；

令矩陣則基站天線發送信號為：

其中，u為基站想要發給各用戶的信號向量；令t＝B^-1u，得到線性方程組為：

Bt＝u

則基站天線發射信號的表達式為：