[发明专利]一种应用于聚集用户场景下的大规模MIMO系统预编码方法

说明书

本发明公开了一种应用于聚集用户场景下的大规模MIMO系统预编码方法，包括以下步骤：S1：基站根据用户终端的信道状态信息获取各个终端信号的到达角；S2：基站根据到达角对用户终端进行分簇；S3：利用每簇的信道状态信息设计各簇用户终端的外层预编码矩阵W；S4：根据每簇的信道状态信息并结合外层的预编码W获取等效的信道状态信息矩阵S5：基站根据等效的CSI矩阵并基于ZF‑GMD‑THP设计内层的预编码矩阵Q_l；S6：由外层预编码矩阵W和内层预编码矩阵Q得到预编码矩阵F＝WQ，基站利用预编码矩阵F向用户发送数据。与现有技术相比较，本发明采用两级预编码方法，从而能够有效的降低了计算复杂度，并取得较好的性能。

技术领域

本发明属于移动通信技术及多天线技术领域，涉及一种小区内同频干扰的抗干扰方法，尤其涉及一种应用于聚集用户场景下的大规模MIMO系统预编码方法。

背景技术

目前，随着无线通信技术和移动互联网的飞速发展，人们不断地对移动通信速率提出更高的要求。然而，无线通信系统中可用频谱和发射功率等系统资源都是有限的，无法满足日益增长的速率要求。大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统通过在基站配置众多天线数(几十甚至上百根)，并且基站天线数量远远大于基站同时服务的用户数量，使得基站到各个用户间的信道相互正交，从而能够获得更高的频谱效率、更好的功率效能，以及较低的检测复杂度等，并已成为第五代移动通信的关键技术之一。但是，上诉优点的获得是假设放置在基站的大规模天线阵列的各个天线相互间独立，即用户到各根天线的信道相互独立。然而，在实际场景中，这一理想条件将难以实现。首先，受限于基站的空间限制，当放置如此数量的天线时，天线间的间距必然无法太大；其次，基站往往布置在建筑物顶端或者天花板上端，周围散射体是较为稀疏的，导致需要较远的天线间距才能使天线间的相关性去除。因此，在大规模天线系统中，实际上天线间的相关性是难以避免的。由此将导致大规模天线系统信道矩阵的秩(Rank)实际上是小于终端数目的，这将使得线性预编码的效果大打折扣。

此外，对于用户终端的行为研究表明，用户终端在地理位置上往往具有聚集效应，即用户终端往往会聚集在一个较小的范围内。例如，校园内的终端往往不会在整个校园内均匀分布，而是会聚集在各个教室和实验室内；大型的商业中心中，终端更趋向于聚集在各个专柜或娱乐设施前。此时，考虑到聚集在一起的终端周边环境相类似，与天线阵列的相对位置接近，基站到这些终端的下行信道矢量(假设终端配置单天线)存在较大的相关性，若采用基于迫零准则的预编码，则由基站到这些终端所组成的下行信道矩阵是准病态的，即在信道矩阵的自相关矩阵的非零特征值中，最小特征值会远小于最大特征值，导致迫零预编码会极大地放大发射信号功率，使性能下降。并且，在大规模MIMO系统中，由于用户数较大，基于迫零的预编码算法的复杂度也是需要考虑的问题。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种应用于聚集用户场景下的大规模MIMO系统预编码方法，采用两级预编码方法，从而能够有效的降低了计算复杂度，并取得较好的性能。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种应用于聚集用户场景下的大规模MIMO系统预编码方法，包括以下步骤：

步骤S1：基站根据用户终端的信道状态信息(CSI)获取各个终端信号的到达角；

步骤S2：基站根据到达角，对用户终端进行分簇；其中，对第l簇的按到达角顺序排列第l簇的用户信道为为第l簇的最大用户终端数

步骤S3：利用每簇的信道状态信息(CSI)设计各簇用户终端的外层预编码矩阵W＝[W₁,…,W_L]，具体设计步骤如下：