[发明专利]用于确定最优预编码参数的方法和可调复杂度的预编码设备

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于确定最优预编码参数的方法，用于预编码在多天线系统中传输的发送样本的序列，以及一种可调节复杂度的预编码设备，用于预编码在多天线系统中传输的发送样本的序列。本发明还涉及实现可变复杂度/可变性能预编码策略的预编码系统，利用该方法以便考虑预编码质量和传输介质的上下文特性，特别是相干时间来进行最优地预编码。具体地，本公开涉及用于基于预编码器复杂度和质量之间的权衡的性能最大化自适应MIMO预编码的技术。

背景技术

在现代网络中，多个天线设备的存在已经随着长期演进(long term evolution，LTE)基础设施的部署而变成现实。在下一代通信系统(即5G网络)中，这种现象势必急剧增加，从而产生了大规模多输入多输出(massive multiple input multiple output，MaMIMO)系统。在这样的系统中，基站(base station，BS)处的发射天线的数量远大于接收天线的总数量。一般在MIMO系统中，特别是在MaMIMO中，预编码占据显著的地位。最常见的预编码类型包括最大比率发射(maximum ration transmission，MRT)(也称为匹配滤波器(matched filter，MF))，其使接收到的信号比噪声功率(signal to noise power，SNR)最大化，迫零(zero-forcing，ZF)，其使不同流之间的干扰最小化，以及正则化迫零(regularized zero forcing，RZF)(也称为最大均方误差(maximum mean square error，MMSE)和维纳滤波器(Wiener filter)传输)，其增加信号噪声加干扰比(signal to noise plus interferenceratio，SINR)。

不同的预编码策略在吞吐量方面产生不同的性能，并且需要不同的计算时间。最高性能(在吞吐量方面)预编码的复杂度与发射天线的数量密切相关。在以有限计算能力、有限相干时间和大量发射天线为特征的系统中，这严重限制了网络的性能。信道条件可能由于移动性而变化，这反过来又可以修改信道统计和相干持续时间。特别地，相干时间变化可能受到高度移动用户的调度的影响，或者受到对接收器周围的对象速度的不可控修改的影响。在这种情况下，固定复杂度预编码方案可能遭受严重的限制。

在如图1所示的示例性下行链路MaMIMO系统中，基站(base station，BS)配备有M个天线，并且其服务总共K个接收天线，其中M＞＞K，以用于从多个用户设备(user equipment，UE)接收信号。为了成功地服务于不同的用户，BS需要检索信道矩阵然后计算它的预编码器，由字母w表示。文献中使用的所有标准预编码器(例如，MMSE，MF)由信道矩阵的一些固定函数限定。这里固定是指它们的复杂性不能被调整的事实。例如，最可实行的预编码策略之一被称为RZF传输，其公式为：

这里，z表示正则化因子，通常用噪声方差除以发送功率，I_K表示维度K的单位矩阵，且β是保证要遵守的功率预算的归一化因子。可以证明这种策略的复杂度相当高，并且其随着发射天线M的数目和接收天线数目K的平方而线性增长。

考虑到它的高性能，在下文中假定用于预编码的基线是RZF预编码器。然而，所展开的推理与具有固定复杂度的任何种类的线性预编码器保持一致。

在图2所示的单个相干时间中，BS必须完成以下步骤：(i)完成训练以获得信道矩阵；(ii)计算预编码器；(iii)发送直到相干时间结束。因此，相干时间T_C可以划分为三个周期：训练周期T_TR，预编码周期T_P和传输周期T_T，进而有T_C＝T_TR+T_P+T_T。训练周期是固定的，它取决于系统选择来获得信道状态，并且对于下文来说被认为是固定的。相反，预编码时间极大地依赖于所选择的预编码器。在训练周期T_TR的结束210处，获得信道矩阵H。在预编码周期T_P的结束212处，对第一符号进行编码和发送。