[發(fā)明專利]一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的低復(fù)雜度預(yù)編碼方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110452848.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN113055061B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周武旸;邱振堃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B7/0456;H04L25/02
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;韓珂

本發(fā)明公開了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的低復(fù)雜度預(yù)編碼方法，包括：對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道建模，估計(jì)相應(yīng)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(guò)虛擬信道向量的估計(jì)值構(gòu)建估計(jì)的虛擬信道矩陣；利用估計(jì)的虛擬信道矩陣計(jì)算RZF預(yù)編碼矩陣，并代入發(fā)射信號(hào)表達(dá)式，再采用共軛梯度法求解線性方程組，得到天線發(fā)射信號(hào)。該方法：1)適用于具有空間稀疏性的場(chǎng)景，在部署大規(guī)模天線并服務(wù)大量用戶的情況下可減少至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的計(jì)算時(shí)延；當(dāng)信道相干時(shí)間較短時(shí)，可減少1至2個(gè)數(shù)量級(jí)的運(yùn)算量，當(dāng)信道相干時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，復(fù)雜度也可減少數(shù)倍。2)對(duì)估計(jì)信道質(zhì)量具有較強(qiáng)的魯棒性，當(dāng)信道估計(jì)質(zhì)量較差時(shí)，具有更好的誤碼率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法。

背景技術(shù)

大規(guī)模MIMO以其高頻譜效率和高能效的優(yōu)勢(shì)成為了5G系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)在基站端安裝大量的天線，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在相同的時(shí)域-頻域資源塊同時(shí)服務(wù)大量的用戶，并且僅需采用簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼技術(shù)，如迫零(ZF)預(yù)編碼或正則化迫零(RZF)預(yù)編碼，就能近似達(dá)到采用非線性預(yù)編碼技術(shù)的通信性能。

盡管相比于以臟紙編碼(DPC)為代表的非線性預(yù)編碼技術(shù)，線性預(yù)編碼技術(shù)需要更低的計(jì)算復(fù)雜度，但是在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，ZF和RZF的復(fù)雜度仍然很高。具體表現(xiàn)為，在ZF和RZF預(yù)編碼過(guò)程中，矩陣相乘和求逆的計(jì)算需要次復(fù)數(shù)計(jì)算(M，K分別為天線和用戶的數(shù)量)，從而使得在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，若直接采用ZF或RZF預(yù)編碼，其運(yùn)算復(fù)雜度仍是不可接受的。因此，如何對(duì)大規(guī)模MIMO中大維矩陣的運(yùn)算進(jìn)行簡(jiǎn)化成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

針對(duì)此問(wèn)題，大部分的工作集中在對(duì)矩陣求逆進(jìn)行簡(jiǎn)化，主要分為三種方法，一種方法是將矩陣求逆利用多項(xiàng)式級(jí)數(shù)展開，如專利1(增強(qiáng)型諾依曼大規(guī)模MIMO預(yù)編碼方法，西安電子科技大學(xué)，授權(quán)公告號(hào)CN 109617579 B，申請(qǐng)?zhí)朇N 201910072479.2，申請(qǐng)日2019年01月25日)提供了一種Neumann-Chebyshev算法對(duì)大規(guī)模MIMO預(yù)編碼中的矩陣求逆結(jié)果進(jìn)行估計(jì)；專利2(一種大規(guī)模MIMO預(yù)編碼方法，東南大學(xué)，授權(quán)公告號(hào)CN 106330280 B，申請(qǐng)?zhí)?01610674353.9，申請(qǐng)日2016年08月16日)采用截短Kapteyn級(jí)數(shù)對(duì)大規(guī)模MIMO預(yù)編碼矩陣中的逆矩陣進(jìn)行估計(jì)；

第二種方法是利用迭代方法估計(jì)逆矩陣，如專利3(一種基于切比雪夫迭代法的大規(guī)模MIMO預(yù)編碼方法，東南大學(xué)，申請(qǐng)公布號(hào)CN 107359920 A，申請(qǐng)?zhí)?01710623104.1，申請(qǐng)日2017年07月27日)采用切比雪夫迭代法對(duì)大規(guī)模MIMO預(yù)編碼矩陣中的逆矩陣進(jìn)行迭代估計(jì)；專利4(一種基于改進(jìn)的牛頓迭代法的大規(guī)模MIMO預(yù)編碼方法，東南大學(xué)，授權(quán)公告號(hào)CN 106788644 B，申請(qǐng)?zhí)?01611254924.X，申請(qǐng)日2016年12月30日)采用改進(jìn)的牛頓迭代法對(duì)大規(guī)模MIMO預(yù)編碼矩陣中的逆矩陣進(jìn)行迭代估計(jì)。

第三種方法是基于線性方程組的迭代求解，如專利5(一種基于共軛梯度法的大規(guī)模MIMO預(yù)編碼方法，江南大學(xué)，申請(qǐng)公布號(hào)CN 108400805 A，申請(qǐng)?zhí)?01810187946.1，申請(qǐng)日2018年03月07日)將發(fā)射信號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)化為求解線性方程組的形式，并采用共軛梯度法求解線性方程組。

以上三種方法僅聚焦于矩陣求逆的簡(jiǎn)化計(jì)算，而忽視了預(yù)編碼過(guò)程中大維矩陣的相乘也會(huì)帶來(lái)大量的計(jì)算復(fù)雜度，不能很好地解決大規(guī)模MIMO預(yù)編碼的計(jì)算復(fù)雜問(wèn)題。

此外，大量的理論分析和實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，在一些場(chǎng)景中，如毫米波波段，大規(guī)模MIMO信道具有空間稀疏性。此特性已被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模MIMO信道估計(jì)問(wèn)題，以減少導(dǎo)頻和計(jì)算開銷。然而上述預(yù)編碼方法并沒(méi)有利用大規(guī)模MIMO空間稀疏性帶來(lái)的計(jì)算便利，從而這些方法的計(jì)算復(fù)雜度有很大的減少空間。

發(fā)明內(nèi)容