[发明专利]大规模多输入输出场景基于亚模函数的天线选择方法

说明书

本发明公开了一种大规模多输入输出场景基于亚模函数的天线选择方法，解决了天线过多带来的复杂度高和传统天线选择方法信道容量不够高的技术问题，其实现步骤是：定义天线选择参数；建立亚模函数的天线选择模型；确定贪心选择的标准；用贪心选择算法近似求解模型；完成天线选择。本发明直观地从集合选择的思想出发，将天线选择转化为亚模函数离散型问题，并对数学模型求解，完成天线选择。本发明设计了求解亚模函数离散型问题的贪心选择近似算法，近似比为(1‑1/e)，简化了计算，降低了复杂度。本发明实现复杂度低、在同等条件下，系统信道容量性能得以提高、同时在任何实际应用中均有性能保障，可用于第五代移动通信大规模多输入多输出系统、蜂窝小区移动通信系统中。

技术领域

本发明属于第五代移动通信技术领域，主要涉及天线选择，具体是一种大规模多输入输出场景基于亚模函数的天线选择方法，可用于蜂窝小区移动通信系统中。

背景技术

随着信息社会的蓬勃发展，智能手机在人们日常生活中得到普及，现已成为人们进日常沟通，娱乐以及网上购物的主要工具之一。智能手机的普及刺激了互联网业务与动通信的不断融合，近些年来大量的移动互联网业务相继涌现。这些业务的出现满足移动用户日益增长的应用需求，同时也为未来移动通信带来了诸多挑战，未来移动通信不仅仅要求实现高数据传输速率，还需符合绿色通信的理念，在保证高数据传输速率同时能够做到高效、节能、低功耗。

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术通过多天线收发可充分利用空间资源提高通信速率并改善通信质量，是无线通信领域实现高速率数据传输的关键技术之一。大规模MIMO(Massive MIMO)是一种在传统MIMO基础上发展起来的新兴技术。与传统MIMO技术相比，大规模MIMO技术布置的天线阵列规模更大，考虑的是数百根天线在同一时频资源上为数十个终端提供服务的通信场景。由于引入了大规模天线阵列，系统具有诸多有益特性。

在大规模多输入多输出系统中，发射(或接收)端配置大量的天线，可提供分集增益降低误码率提高服务质量或提供复用增益提高服务效率，带来了通信系统性能上的提升，而在实际应用中，配置大量天线则会受到硬件成本、信号处理复杂度等诸如此类现实问题的限制。其中射频链路与天线数目成正比，相比于较为廉价的天线，每条射频链路都包括低噪声放大器、上(下)变频器和数模(模数)转换器等通信器件，而这些配套系统和器件，价格高昂；与此同时，系统处理的复杂度也与天线数目成比例。以上因素就导致大规模多输入输出系统不能使用任意多数量的天线。因此确定适用于大规模MIMO系统的天线选择方案就显得尤为重要。

在移动通信中，通过天线选择可以有效的降低天线数目，并降低发送和接收机的算法复杂度，同时保证相当的性能增益。目前常见的天线选择算法多是根据应用场景，建立数学模型，并使用凸优化工具求解。由于是选择问题，所以常见模型约束多为恒模的(0、1)约束，松弛求解有一定的难度。使用约束松弛方法求得的解，需再映射回离散域的(0、1)解，而这与实际问题的(0、1)解并不能总是保证一一映射，导致求解精度有限。与此同时，使用凸优化约束松弛的数学方法求解该问题，并未能直观地发掘天线选择所包含的集合选择问题实质，使得此方法在工程应用中建模相对复杂，运算和操作不够简明。

在实际的通信系统应用中，传统的天线选择方法包括最优法、递增/递减法、基于范数的天线选择法和随机选择法。天线选择最优法复杂度过高，不适合大规模多输入多输出通信场景。递增/递减法复杂度低于最优法，同时系统信道容量性能能够逼近最优法，但复杂度依然较高。基于范数的选择方法因其较低的复杂度和系统信道容量性能接近递减选择算法的特点，被认为较为适合于大规模多输入多输出天线选择，但其系统信道容量性能被认为仍有提升的空间；随机选择法复杂度最低，但系统信道容量性能无法得到保障。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中的不足之处，提出一种复杂度较低并且有系统性能保证的大规模多输入输出场景基于亚模性质的天线选择方法。