[发明专利]大规模MIMO系统发射天线选择方法

权利要求书

1.大规模MIMO系统发射天线选择方法，其特征在于，所述大规模MIMO系统发射系统包括大规模天线阵列的基站、MIMO信道、单天线用户接收机组成，其中发射端的天线数为100-1000根，接收端为多个单天线的用户，所选天线数可调，MIMO信道为Rayleigh平坦衰落信道，用户数据为单位功率的BPSK信号，基站已知CSI，且每个预编码矢量都是通过其2范数来确保|p_k|²＝1，所述大规模MIMO系统发射天线选择方法包括如下步骤：

(1)初始化

(1a)基站发射端对所有发射天线按顺序进行编号记为h_ik；

(1b)按照已知的信道状态信息，构造基站所有发射天线到每个所有用户单接收天线的信道传输矩阵H；

(2)天线选择

(2a)按照最大化信道传输矩阵的Frobenius范数的平方准则求解信道选择矩阵；

(2b)利用信道选择矩阵求解采用的发射天线编号，从M根天线中选择N根进行发射，使用凸优化的求解方法如下：首先引入一个M×M个对角矩阵γ，其对角元素为γ_i(i＝1，...，M)，它是一个二进制变量，表示第i根天线是否被选择；同时必须满足以满足发射总功率约束；通过选择矩阵γ，我们的优化目标为：

max_γtr(H^*γH)

subject γ_i∈{0，1}

对于M可能超过100的大规模MIMO系统，由于可能的天线组合数量极大，所以难以进行遍历的搜索；凸优化方法来解决上述问题，注意到不是一个凸问题，其他的限制条件是凸问题；所以我们上式中的约束条件：

subject to 0≤γ_i≤1

这样目标问题变成一个可以求解的凸优化问题；  这个问题可以用内点算法来解决；这种处理使得γ_i变成一个分数，从中选出N个最大取值，它们的下标代表在基站侧选取的天线；仿真结果表明，上式中的最优解γ_i通过软件CVX得出的只是1或者0，而不是分数，这个结果表明我们提出的选择方案比现有的可解性要好，更加简单可行；

(2c)按照所选的信道的信道编号获得其对应的信道传输矩阵，即按照取值为1的γ_i的下标选择发送天线；

(3)最大化信漏噪比的预编码传输

(3a)按照所选的信道传输矩阵求解每个用户的预编码矩阵，每个用户的预编码矩阵是按照下列公式实现：其中p_k是代表第k个用户一个1×N预编码的矢量；h_Nk是代表从基站到第k个用户大小为1×N的信道；这里是指从k个用户中选出的最优的信道；第k个用户的最优预编码矩阵是矩阵对和的最大广义特征值对应的特征向量；使用预编码矩阵p_k左乘用户的信息矢量s然后使用选择的天线发送出去；

(3b)使用预编码矩阵对基站欲发送的信息进行线性预处理，即预编码矩阵左乘信息矢量；

(3c)使用所选的天线将预处理后的信息调制以后发送出去；

(4)每个用户接收机的接收过程

(4a)每个用户采用匹配滤波的方法求解接收处理矩阵；

(4b)使用接收处理矩阵左乘接收的信号后然后进行解调，恢复出有用信息，完成一次通信。