[发明专利]一种基于用户的统计信道状态信息的预编码方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于多天线及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于用户的统计信道状态信息的预编码方法及系统。

背景技术

过去数十年，多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)被广泛应用，该技术能够在不增加额外带宽和功率损耗的条件下，显著提高无线系统的频谱利用率。然而，随着智能手机的普及，现代通信系统要求更高的数据传输率和系统吞吐量，为解决该问题，人们逐渐展开了对大规模MIMO系统的研究。大规模MIMO系统能够提供更高的频谱利用率和系统吞吐量。

然而，基站采取的预编码策略会严重影响大规模MIMO系统的性能，现有的预编码方法大多基于准确的瞬时信道状态信息(Channel State Information,CSI)，例如迫零(Zero-forcing,ZF)预编码，最大比发送(Maximal ratio transmit,MRT)预编码等。当用户的信道状态较为固定或变化缓慢时，基站能够准确估计用户瞬时CSI的假设是合理的。但是当用户信道状态变化较快时，信道估计的准确性受反馈延迟、处理延迟等因素的影响严重时，准确估计其瞬时CSI很难实现，对于这样的用户，利用其统计CSI进行预编码显得尤为重要，因为用户的统计CSI只取决于天线参数和用户周围的环境，变化缓慢。现有的利用统计CSI进行预编码的方法中，大部分仅将统计CSI作为辅助信息，仍然需要利用用户的瞬时CSI。而只利用用户的统计CSI进行预编码的方法只讨论了基站服务两个用户的情况，并且对这两个用户的统计CSI的特征空间分布有较高要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于用户的统计信道状态信息的预编码方法及系统，仅利用用户的统计CSI，解决了大规模MIMO系统中用户准确的瞬时CSI较难获取，以及信道估计计算量大的问题；此外，该方法不限定基站服务的用户数目，能够同时服务于仅有统计CSI的用户和有瞬时CSI的用户，并且能够有效避免两类用户之间的干扰。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于用户的统计信道状态信息的预编码方法，其特征在于，包括如下步骤：根据用户的信道状态，将用户分为统计用户和瞬时用户，基站获取所有统计用户的统计CSI和所有瞬时用户的瞬时CSI；其中，第n个统计用户的统计CSIg_S,n,t表示第n个统计用户的第t个过去的信道测量值，T表示可用来估计统计CSI的信道测量值个数，上标H表示对向量或矩阵进行共轭转置操作；所有瞬时用户的瞬时CSI构成K×M维的矩阵G_C，K为瞬时用户数，M为基站的天线数，G_C的第k行为第k个瞬时用户的瞬时CSI g_C,k；对每个统计用户，获取其正交于其他用户的信道空间的正交子空间，并利用该正交子空间设计该统计用户的预编码向量；获取所有瞬时用户正交于所有统计用户的信道空间的正交子空间，并利用该正交子空间设计所有瞬时用户的预编码矩阵；其中，第n个统计用户的信道空间指矩阵的列空间，所有瞬时用户的信道空间指矩阵的列空间，多个用户的信道空间为各个用户的信道空间之和。

优选地，第n个统计用户正交于其他用户信道空间的正交子空间其中，表示向B的列空间的正交投影补，其列空间为除第n个统计用户之外的其他用户的信道空间，为第i个统计用户的统计CSI，N为统计用户数。

优选地，所有瞬时用户正交于所有统计用户的信道空间的正交子空间其中，表示向的列空间的正交投影补，其列空间为所有N个统计用户的信道空间的近似值，为第n个统计用户的统计CSI的近似值；

通过如下方法得到：

(a)对第n个统计用户的统计CSI进行特征值分解，得到其中，是一个M×M维的对角矩阵，它的对角元素是矩阵的特征值，并且按降序排列，也是M×M的矩阵，它的第j列是的第j个特征值对应的特征向量；

(b)选取第n个统计用户的主特征值的个数D_n，使其满足

(c)将近似为将近似为

(d)获取第n个统计用户的统计CSI的近似值

按照本发明的另一方面，提供了一种基于用户的统计信道状态信息的预编码系统，其特征在于，包括：

CSI获取模块，用于根据用户的信道状态，将用户分为统计用户和瞬时用户，使基站获取所有统计用户的统计CSI和所有瞬时用户的瞬时CSI；