[发明专利]基于多个子天线阵列的大规模MIMO系统验证方法

权利要求书

1.一种基于多个子天线阵列的大规模MIMO系统验证方法，该大规模MIMO系统采用包括步骤A-D的配置方法：

A：根据大规模MIMO系统的服务区域均匀划分后的扇区数量配置对应数量的子天线阵列，每个子天线阵列对应服务一个扇区；

B：根据每个扇区内的用户端密集程度，配置每个子天线阵列的天线数量；

C：基于基站端接收的所述服务区域内所有用户端发送的相互正交的导频训练序列信息，以及基站端总的天线数量，获得观测矩阵，并结合观测矩阵估计出信道状态信息；

D：基站端利用估计出的信道状态信息，采用最大比传输预编码方式进行下行无线通信传输；

步骤C中基站端总的天线数量N_t＝MN，其中，M为所述服务区域均匀划分后的扇区数量，N为每个子天线阵列的天线数量；

大规模MIMO系统第k个用户端的信道模型为：

其中，1≤k≤K,K为所述服务区域内所有用户端的数量；v_k～CN(0,I_N)表示各用户端相互独立的快衰落信道矢量，CN代表复高斯独立同分布，I_N代表N维单位矩阵；R_k代表相关性协方差矩阵，且

其中，θ为用户端方位角的到达角度AOA，p_k(θ)为用户端方位角的到达角度AOA的概率密度函数，是p_k(θ)的扇区覆盖区间，a(θ)为均匀线性天线阵列的响应向量，且

其中，λ为载波波长，d为天线阵元间距；

步骤C中获得观测矩阵如下：

其中，p_τ为导频训练序列的平均发射功率；N为N_t×τ维度的噪声矩阵，其元素为加性高斯白噪声；H代表N_t×τ维度的信道矩阵，其元素为独立同分布复高斯随机变量；T代表矩阵转置，τ为导频训练序列长度，且导频训练序列长度大于所述服务区域内所有用户端的数量而小于信道相干时间，即K≤τT；S为导频训练序列矩阵，且S＝[s₁,s₂,…,s_K]，其满足正交条件即S^HS＝I_K，I_K为K维单位矩阵；

利用信道均方误差估计算法，在信道训练阶段接收端根据观测矩阵Y_τ和己知的发送导频训练序列矩阵S估计出的信道状态信息为：

其中，*代表矩阵共轭；

所述验证方法包括如下步骤：

定义估计信道的误差信道向量：为误差信道向量，为第k个用户端的估计信道向量，和均服从高斯分布，且与统计独立；

计算第k个用户端的估计信道向量如下：

其中，的第k列是为信道估计误差的协方差矩阵之和；

利用估计的信道状态信息求解大规模MIMO系统的遍历可达和速率，结合估计信道向量误差信道向量对应的信号部分和其他用户的干扰等效为噪声，得到大规模MIMO系统的遍历可达和速率：

其中，

其中，ρ为基站端发射功率；期望是对估计信道向量求解，通过采用最大比传输的预编码方式，计算大规模MIMO系统的可达和速率。

2.根据权利要求1所述的基于多个子天线阵列的大规模MIMO系统验证方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当基站端配置全天线阵列时，计算所有用户端均匀分布在整个服务区域内对应的大规模MIMO系统的可达和速率：

其中，λ为载波波长，J₀(·)为零阶贝塞尔函数。

3.根据权利要求2所述的基于多个子天线阵列的大规模MIMO系统验证方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当基站端配置多个子天线阵列时，分别计算所有用户端平均分布在整个服务区域内对应的大规模MIMO系统的可达和速率：

和所有用户端集中分布在服务区域的一个扇区内对应的大规模MIMO系统的可达和速率：

其中，