[发明专利]一比特量化输出的大规模天线系统实现方法以及系统装置

权利要求书

1.一种基于一比特量化输出的大规模天线系统实现方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1：在大规模天线系统的基站端，获取传输信号以及信道状态信息；

步骤2：根据传输信号以及信道状态信息，设计一比特输出的非线性预编码，得到天线端一比特量化的时域发射信号，通过最小化所有用户在各载波上接收信号与传输信号的均方误差之和实现一比特输出的非线性预编码的设计，同时约束天线端的时域发射信号在一比特的离散区间中，最终天线端的一比特量化的时域发射信号通过求解式(1)获得：

式(1)中，N表示子载波数，U表示用户数，N_t表示天线数，σ表示信道噪声的标准差；s[k]表示第k个载波上经过星座点映射的传输信号，H[]表示第k个子载波的信道，k＝0,1,…,N-1；X_F和X_T分别表示频域和时域的天线端发射信号，x[]为频域信号矩阵X_F中的第k列，表示第k个子载波在天线端的发射信号；x表示时域天线发射信号所在的一比特离散区间；α表示预编码系数；F_N表示N点离散傅里叶变换矩阵；上标H表示转置；

对所述式(1)的求解至少包含以下步骤：

步骤201、将最小化所有用户在各载波上接收信号与传输信号的均方误差之和的原问题进行等价转换，转换为式(2)：

式(2)中，表示等效传输信号，表示为：

表示实部，表示虚部，vec()表示向量；

表示等效矩阵为，表示为：

表示维度为N_t的单位矩阵，diag()表示对角矩阵；

表示天线端等效含预编码系数的时域发射信号，表示为：

r表示辅助变量；

表示离散区间，表示为：

表示指示函数，其定义为：

步骤202、对转换为式(2)的问题采用交替优化的方式求解，每次更新得到的含预编码系数的时域发射信号表示为式(3)：

式(3)中，t表示第t次迭代，v表示对偶变量，λ表示惩罚系数，

步骤203、将迭代输出的结果进行功率约束，最终得到天线端的一比特时域发射信号表示为式(4)：

式(4)中，r^T表示第T次迭代得到的含预编码系数的时域发射信号，sign()表示符号函数；

通过近似简化所述式(1)的求解过程，降低计算复杂度；

进一步约束步骤2所获得的发射信号频谱泄露，满足其中，γ表示频谱泄露阈值，C表示带外干扰系数矩阵；

构建并训练卷积神经网络，将实时获得的传输信号以及信道状态输入该卷积神经网络后，由卷积神经网络输出天线端发射的一比特时域信号；对所述卷积神经网络进行训练时，采用系统中用户到基站的每个子载波的信道状态信息以及发射数据流S作为所述卷积神经网络的输入，以通过所述步骤1以及所述步骤2计算得到的天线端一比特量化的时域发射信号作为所述卷积神经网络的输出标签对所述卷积神经网络进行训练。

2.一比特量化输出的大规模天线系统装置，基于如权要求1所述的一比特量化输出的大规模天线系统实现方法实现，其特征在于，所述大规模天线系统装置至少包括：

信号调制器，用于将原始数据流映射到调制星座点上；

非线性预编码模块，所述非线性预编码模块的输入端连接信号调制器的输出端，用于对调制后的信号进行一比特输出的非线性预编码；

一比特数模转换器模块，所述一比特数模转换器模块的输入端连接所述非线性预编码模块的输出端，用于将非线性预编码模块输出的数字信号转换为模拟信号；

发射天线，所述发射天线的输入端连接所述一比特数模转换器模块的输出端，一比特数模转换器模块的输出信号通过发射天线经由无线信道向外发送。