[发明专利]一种导频时移大规模MIMO系统中的下行预编码与基站功率控制方法

说明书

本发明提供一种导频时移大规模MIMO系统中的下行预编码与基站功率控制方法，通过下行预编码的设计和基站功率控制，实现时移导频结构下的下行数据传输和上行信道估计的性能折中，从而提升系统的频谱性能。将最大化信漏噪比SLNR的思想运用到时移导频结构中，不仅抑制了用户泄露给其他用户的干扰，并且通过引入转换因子抑制了泄露给正在进行信道估计的基站的干扰；在上述最大化SLNR预编码的基础上，利用截断多项式TPE的思想，推导了天线数目有限的情况下的只含大尺度信息的渐进下行SINR表达式，然后以渐进和速率最大为目标求解得到较优的基站下行发送功率和权重因子，实现下行数据传输和上行信道估计的性能折中，从而在降低复杂度的同时提升系统的频谱性能。

技术领域

本发明涉及无线通信中的大规模MIMO系统中的干扰协调领域，具体为一种导频时移大规模MIMO系统中的下行预编码与基站功率控制方法。

背景技术

为了提高有限频谱资源的利用率、满足人们日益增长的无线通信需求，大规模MIMO(Large Scale MIMO或Massive MIMO)成为新一代无线通信系统的关键技术之一。它通过配备数百根天线的基站同时为数十个使用相同时频资源的用户服务。研究表明，随着基站天线数目的增加，噪声和不相干的小区间干扰将可以忽略不计；并且采用简单的信号处理方法，如最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)，迫零(Zero-Forcing,ZF)就可以使系统容量显著提高，降低了实际系统中硬件的实现难度。然而，由于信道相干时间长度是有限的，因此不能保证大规模MIMO系统中所有用户均使用正交的导频序列，在基站对用户进行信道估计时受到使用相同导频资源的用户的干扰，这个现象称之为导频污染。

目前抑制导频污染的方法主要有：精准的信道估计算法，鲁棒的预编码算法，导频结构设计和导频序列分配算法等。其中时移导频结构是导频结构设计算法中的一种，它通过将小区分为若干组，不同组的导频信号在时间上错开，当天线数目趋于无穷时，导频污染仅由同组内使用相同导频的用户形成，大大降低了导频污染水平。然而，实际系统的天线数目并不能达到无穷大，时移导频结构的上行信道估计受到其他组基站发送的下行数据的干扰不能忽略不计，数据发送功率越大，信道估计就会越不准确，而数据发送功率减小又会导致数据信噪比的降低，因此需要对下行数据发送功率进行折中考虑。已有文献在天线数有限的情况下研究了MRT和ZF预编码在导频时移大规模MIMO系统中的性能，仿真结果表明天线数有限时，和速率随着基站功率的增加出现先增大后减小的趋势。但是MRT和ZF预编码仅仅是简单的最大化有用信号功率或者最小化干扰功率，他们在导频时移大规模MIMO系统中的性能并不理想。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种导频时移大规模MIMO系统中的下行预编码与基站功率控制方法，通过下行预编码的设计和基站功率控制，实现时移导频结构下的下行数据传输和上行信道估计的性能折中，从而提升系统的频谱性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种导频时移大规模MIMO系统中的下行预编码与基站功率控制方法，包括如下步骤，

步骤1，获取大规模MIMO系统中每个用户的SLNR如下，

其中，U_ki为第i个小区第k个用户的SLNR，α为转换因子，P_f是基站发送功率，表示有用信号功率，表示用户泄露到本小区其他用户的干扰，Ar表示用户正在发送上行导频信号的那一组小区，表示用户泄露到正在进行上行信道估计的基站的干扰；g_iki第i个小区内第k个用户与第i个小区基站间的信道矢量，为该信道矢量的共轭转置；w_ki为第i个小区内第k个用户的预编码；G_il表示第i个小区基站与第l个小区基站之间的信道矩阵；K为每小区的用户数；i，l和k均为正整数；