[发明专利]大规模MIMO增减天线的预编码递推方法

说明书

本发明提出了一种大规模MIMO增减天线的预编码递推方法，包括滑动窗情境下，递减选择天线时ZF预编码和MMSE预编码的递推方法，以及递增选择天线时ZF预编码和MMSE预编码的递推方法。本发明在预编码矩阵中利用前一状态预编码矩阵的中间结果，完全避免了矩阵求逆，仅涉及简单的矩阵加法和乘法，综合递推的方法，使得算法的计算复杂度得到了大大降低。此外，在实际的硬件设备实施中，乘法运算相比于除法、求逆运算而言更易于执行，因此硬件效率得到了大幅度的改善。本发明方法在SNR较低及选择前后天线数目差较少时，能够表现和原始MMSE预编码技术相似的性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种大规模MIMO增减天线的预编码递推方法。

背景技术

大规模MIMO技术能够显著地提升无线通信系统的性能，通过在基站或移动端配置多根天线，系统能够获得额外的分集增益和复用增益。研究表明，系统的容量随着n＝min(n_T,n_R)线性增长，n_T、n_R分别表示发送端和接收端的天线数目。随着大规模MIMO技术的发展，将在基站、移动端配置上百根天线，理论上可以趋于无穷。在实际的无线通信系统中，由于天线的大小、系统配置的复杂度等因素，基站端的天线不可能趋向于无穷。并且，复杂的系统配置会造成费用的增加，经济成本也是实际通信系统必须考虑的因素之一。通常，增加额外的天线并不会有很大的经济代价，并且数字信号处理单元也相对廉价。但是由于天线的增加意味着射频单元(RF)的增加，包括射频放大器、混合及数模/模数转换器等。在大规模MIMO系统中，在每一个发送天线单元上配置RF链路将会带来巨大的经济消耗。

天线选择技术通过在发送端、接收端进行天线子集选择，将有限的模拟链路自适应的调整切换到选择的天线子集。通过合适的选择算法，不仅能够有效的减少RF链路的使用，降低系统配置的费用，还能在比较小的性能损失下，保持系统的空间分集增益或系统容量。

传统的大规模MIMO天线选择系统模型如图1所示。

假设发射端有N_t根天线，L_t(L_t≤N_t)个RF链路，接收端有N_r根天线，L_r(L_r≤N_r)个RF链路。忽略系统中的编码处理，只考虑天线选择的关键过程，根据容量最大化准则，从N_t根天线中选择L_t根性能最好的天线进行数据的发送，将L_t根天线中的信号发送到无线信道中。经过衰落信道传输，数据流通过N_r根天线进行接收，RF开关依据相同的准则从所有的接收天线中选择L_r根天线进行数据的接收，经过L_r个RF链路的处理后，进行信号的译码，恢复原始的数据信号。

假设为进行天线选择之后的信道矩阵，仅进行接收端天线的选择，用表示由H中的L_r行子矩阵组成。表示选择之后的接收信号矢量。则经过天线选择之后的系统模型表示为

假设发射端未知CSI，发射功率在所有的发射天线间等分配。假设在进行接收端天线选择之后，信道容量可以表示为

传统的天线选择技术选择非连续的天线子集，未考虑用户位置因素对于系统的影响。如果用户在移动的过程中，通过滑动窗来适应用户的位置或信道，已达到容量和能耗的最佳折衷的目的。即在用户终端的上行或下行链路中使用较少数目的连续接收或发送天线，这种通信方式可以称为滑动窗，对应的天线选择技术为滑动窗天线选择技术。根据滑动窗的特点，我们选择的天线子集必须是连续的。因此，选择的天线或为已选择天线子集的前面几根天线，或为已选择天线子集的后几根天线，或为紧邻已选择子集的前后两部分组成。因此，我们可以通过递增或递减完成滑动窗天线选择。