[发明专利]大规模多输入输出场景基于对偶亚模函数的天线选择方法

权利要求书

1.一种大规模多输入输出场景基于对偶亚模函数的天线选择方法，其特征在于包括下述步骤：

1)定义天线选择中相关参数：

1a)定义选择索引S：基站端总天线数目为M，选择索引S定义为被选择出来的目标天线的索引，个数为L个，即|S|＝L，其中L为被选择天线的总数目；

1b)定义选择向量s：由索引S得到一个M维{0,1}的选择向量s，在索引S位置处向量元素值为1，其余为0，且满足条件1^Ts＝L，1表示M维全1向量；

1c)定义选择矩阵A：定义L×M维选择矩阵A，根据索引S生成，由索引S从原始信道矩阵G的M行中选择出L行，组成新的选择信道矩阵G^S；

2)建立亚模函数框架下的天线选择模型：建立关于集合选择问题的亚模函数最优化的天线选择数学模型，通过该模型得到对偶亚模函数最优化天线选择数学模型；

3)确定贪心选择算法的标准：使得信道容量增量最大化，即通过选择，在信道矩阵G中，找出信道容量增量最大的行，具体步骤为找出某一行，使得加入该行后的信道矩阵得到的信道容量，减去上一次迭代产生的信道矩阵得到的信道容量之间的差值最大化；将最大行所对应的天线作为选择的天线；

4)用贪心选择算法近似求解所建的天线选择数学模型：设计贪心选择近似算法，用该算法近似求解所建的对偶亚模函数天线选择模型，近似比在最差条件下能达到(1-1/e)，得到所选择的天线；

5)完成天线选择：按照上述步骤选择天线，所选天线达到的性能使得系统性能得以保证，即所选天线组成的信道矩阵达到的性能与最优解的近似比为(1-1/e)，保证本方法在实际应用中的稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种大规模多输入输出场景基于对偶亚模函数的天线选择方法，其特征在于：

所述步骤2)中，建立对偶亚模函数框架下的天线选择模型：用信道容量公式表述原始信道矩阵G的全部信道容量其中表示维度为N_R的单位矩阵，N_R代表上行系统中接收天线(基站)数目，N_T代表上行系统中发送天线(单天线用户)数目，ρ为信噪比；假设选择矩阵为A，经过选择完成之后得到的天线组成的信道矩阵为G^S，G^S＝AG，此时，G^S对应的部分信道容量表示为增加约束条件1^Ts≤L，并求对偶模型，得到对偶亚模函数最优化的天线选择数学模型：其中，s为{0,1}选择向量，β是一个常数，β取值为全部信道容量数值的90％-95％之间，不大于全部天线时系统信道容量，表示一个门限值。

3.根据权利要求1所述的一种大规模多输入输出场景基于对偶亚模函数的天线选择方法，其特征在于：

所述步骤4)中，用贪心选择算法近似求解所建的天线选择数学模型：用贪心选择算法近似求解所建的天线选择数学模型，输入为系统基站端原有天线总数M，确定的信道容量性能指标β，初始化被选择天线数目L＝1，空矩阵表示待更新的选择信道矩阵，原始待选则信道矩阵M维全零向量s表示待更新的选择向量，亦即算法结束后包含选择天线的索引，向量s中选择天线索引位置处的元素设为1，其余为0；用贪心算法对全部的天线进行循环选择，使用最大化信道容量增量公式遍历系统中所有的天线，选出容量增量最大化的天线作为选择天线，以被选择天线组成的部分信道容量满足C_select(s_t)≥β为循环终止条件。对信道容量增量进行判断，如果信道容量增量此时目标函数不满足亚模函数的亚模性质，结束算法，将赋值给赋值给停止运算，并输出选择向量s^S，选择后的信道矩阵计算结果G^S；否则，更新选择信道矩阵原始待选择信道矩阵和选择向量将和根据最大化信道容量增量公式计算得到c_tar做集合相与运算的结果赋值给即并将原始信道矩阵中的c_tar行剔除，如果此时系统性能指标已满足，达到循环终止条件，令停止运算并输出：选择向量s^S，选择后的信道矩阵计算结果G^S，选择的天线个数L；根据计算得到的选择向量s^S，就能得到被选择出来的天线；如果更新L加1，t加1，重新进入选择循环过程，直至满足判断条件C_select(s_t)≥β，得到最终的选择天线。