[发明专利]大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计

说明书

本发明请求保护一种大规模多输入多输出系统中融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，属于无线通信技术领域。具体设计过程如下：首先用户通过接收的导频序列得到了下行信道状态信息估计值，并通过反馈链路将CSI估计值反馈给基站；而基站只需利用信道统计信息并运用泰勒级数展开的方式实现了外层预编码矩阵的设计，来消除各组间的用户的干扰；然后将实际信道与外层预编码矩阵看成等效信道；最后基站基于等效信道并运用迫零技术实现了内层预编码矩阵的设计，来消除组内IUI。本发明不但实现了干扰的消除，提升了系统的性能的同时，而且降低了信道估计的复杂度，相应减小了CSI的信息反馈量，节约了频谱资源。

技术领域

本发明属于未来移动通信技术领域，具体属于一种大规模MIMO系统中的预编码技术。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展，人们对通信效率的需求愈加强烈，大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术在收发端配置大量的天线，在不增加系统带宽和发送功率的情况下，大幅度提升系统性能，实现了信息在有限的频谱资源上高质量、高速率传输。一方面，大规模MIMO技术给人们带来了更满意的用户体验及更可靠的语音业务，另一方面，大规模MIMO系统中存在较为严重的数据流间干扰和用户间的干扰(Inter-User Interference，IUI)，因接收机处理信号能力有限，一些复杂度极高的信号检测技术难以在MIMO系统中得到应用；针对大规模MIMO系统中的干扰问题，大规模MIMO系统中的预编码技术应运而生。预编码技术往往要求发送端确知当前信道状态信息(ChannelState Information，CSI)，在实际系统尤其是在频分双工(Frequency DivisionDuplexing，FDD)系统中，下行信道估计是一个非常棘手的问题，用于下行信道估计的导频序列长度受到相干时间的限制，此外，大规模MIMO系统中通过上行信道将CSI估计值反馈给基站，那么必将存在较大的反馈开销，势必占用系统中大量的频谱资源。

为了解决上述存在的问题，一些学者提出了适应于FDD工作模式的大规模MIMO系统中的双层预编码设计方案。其核心思想：在大规模MIMO系统中，首先根据用户的一些特性将基站服务的用户群体分割成多个用户组，进而基于每个分组来设计各组外层预编码矩阵，消除各组之间的IUI；然后将实际信道和外层预编码矩阵看成等效信道，最后基于等效信道设计内层预编码矩阵，以消除组内的IUI。另外一些学者提出：各用户分组的外层预编码矩阵采用块对角化(Block Diagonalization，BD)预编码技术。进行设计，使期望用户组信道协方差矩阵的主要特征值对应的特征矩阵映射到非期望组信道协方差矩阵的零空间，接着，内层预编码矩阵则采用正则化迫零(Regularized Zero-Forcing，RZF)技术基于等效信道进行设计。基于BD预编码技术设计的外层预编码矩阵虽然一定程度上消除了组间IUI，但是提升系统性能幅度有限。

在本发明中，考虑基于FDD工作模式的大规模MIMO系统中，首先根据用户的一些特性将基站服务的用户群体分割成多个用户组，进而基于各分组用户的信道统计信息来设计某个分组外层预编码矩阵，然后将实际信道与外层预编码矩阵结合成等效信道，实现了信道降维，最后基站基于等效信道运用迫零(Zero-Forcing，ZF)技术设计某个分组的内层预编码矩阵，因而减小了信道估计的复杂度和反馈开销。

发明内容

IUI问题已成为制约大规模MIMO系统性能的主要因素，为解决大规模MIMO系统中的IUI问题，提出了一种实现了干扰的消除，而且降低了信道估计的复杂度以及CSI信息的反馈量，提升了系统性能的同时，节约了频谱资源的MIMO系统中融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法。本发明的技术方案如下：

一种MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其包括以下步骤：