[发明专利]大规模分布天线系统中抑制导频污染的多小区预编码方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种大规模分布式天线系统中抑制导频污染的多小区预编码方法，尤其涉及一种基于共轭梯度法的最小均方误差多小区预编码方法。

背景技术

随着移动终端数的飞速增长、物联网的发展，以及无线数据业务种类的不断增多，用户对无线数据业务的需求不断对现有的移动通信技术提出新的挑战。作为一种具有满足未来无线移动通信对频谱效率、能量效率和信道容量需求潜质的技术，大规模多输入多输出(以下简称MassiveMIMO)技术已经在学术界和产业界引起了广泛的关注。

MassiveMIMO技术通过在基站(以下简称BS)侧部署数量众多的天线，来为与通信用户之间的通信提供足够多的自由度以提高分集增益和复用增益。小区边缘用户由于较高的路径损耗导致其接收到的有用信号功率很低，在实际的多小区场景下，小区边缘用户接收到的干扰信号的强度可与有用信号相比，甚至超过了有用信号的强度，这使得小区边缘用户的吞吐率性能严重恶化。为了解决小区边缘覆盖差的问题，学术界和产业界考虑将原来集中在BS的天线以分布式的方式部署在小区中，通过减小信号的传输距离来减小路径损耗，提高有用信号的功率。通过大量的以分布式方式部署在小区中的天线联合为小区中用户提供服务的系统称为大规模分布式天线系统。在大规模分布式天线系统中，分布式的无线接入点叫做远端接入单元(以下简称RAU)，每个RAU上有若干根天线，且每个RAU通过有线或无线的回程链路连接到基带处理单元上。由于不同RAU的地理位置不同，因此，不同RAU上的天线到用户的大尺度衰落也不同，这使得大规模分布式天线系统的信道建模与分析很困难。目前，大多数关于分布式天线系统的下行预编码研究都假设各RAU上的各天线与各用户之间的信道状态信息(以下简称CSI)是已知的。然而在实际的多小区时分双工系统中，考虑最大化频谱利用率的导频全复用方式，不同小区中的用户使用同一套导频序列。每一个小区中的天线都会收到来自不同小区用户发送的导频序列，从而使得信道估计产生较大误差，这就是导频污染造成的。在分布式天线系统中，部分靠近小区边缘的RAU可能遭受更加严重的导频污染。这使得理想CSI的假设不再成立。现有的多小区下行预编码方案或假设已知理想CSI，或针对集中式多天线系统，不能直接应用到大规模分布式天线系统中，且其计算复杂度随着天线数的增多而急剧增加。因此，使用估计的信道对下行传输数据进行预编码，同时能最大限度地抑制导频污染影响的低复杂度算法仍有待研究。

发明内容

本发明的目的是为已有技术存在的问题，提出一种大规模分布天线系统中抑制导频污染的多小区预编码方法，该方法首先分别对用户到每个RAU的信道进行最小均方误差估计，然后在用估计的信道对待发送的下行数据进行预编码，本发明能充分利用估计出的本小区用户和其他小区用户的信道设计预编码矩阵，以最大限度抑制导频污染对系统性能的影响。

本发明提出的大规模分布天线系统中抑制导频污染的多小区预编码方法，包括以下步骤：

(1)考虑以要进行预编码的小区(以下简称中心小区)为中心的包括L个小区的大规模分布式天线系统，设中心小区中的RAU数为M，每个RAU配备的天线数为N，中心小区中的用户数为K，中心小区周围L-1个小区中的总用户数为R，每个用户配置一根天线；对大规模分布式天线系统中的用户进行编号，中心小区的用户编号为1,2,…,K，中心小区周围L-1个小区中的用户编号为K+1,K+2,…,K+R，则大规模分布式天线系统中u第个用户到中心小区的第m个RAU的上行信道为h_mu＝λ_mug_mu，其中λ_mu表示大规模分布式天线系统中第u个用户到中心小区的第m个RAU的大尺度衰落，g_mu表示大规模分布式天线系统中第u个用户到中心小区的第m个RAU的小尺度信道，代表复数域，1≤u≤K+R，1≤m≤M；设大规模分布式天线系统中第u个用户在信道估计阶段发射的导频序列为其中τ为导频序列的长度，该长度大于大规模分布式天线系统中所有小区用户数的最大值，第u个用户在信道估计阶段发射导频序列的功率为ρ_u；各导频序列通过用户的天线发射，经过信道，在中心小区的第m个RAU的N根天线得到RAU接收信号，记为其中，表u个用户在信道估计阶段发射的导频序列的转置，N_m表示中心小区的第m个RAU的接收信号中的加性高斯白噪声，矩阵N_m中的元素独立同分布于均值为0、方差为σ²的循环复高斯分布，1≤m≤M；