[发明专利]天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法与系统

权利要求书

1.天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

天波大规模MIMO通信基站利用具有波束结构的预编码器生成发送信号，实现与一组用户的下行预编码传输；

波束结构预编码器由各用户低维波束域预编码器、各用户波束映射模块、波束调制模块构成，各用户低维波束域预编码器为各用户波束集合上的预编码器，各用户波束映射将各用户低维波束域预编码信号映射成完整的波束域发送信号，波束调制为波束矩阵乘以波束域发送信号矢量，该波束域发送信号矢量为各用户波束域发送信号矢量之和；

基站依据各用户波束基(Beambased)信道表示及波束域信道信息，设计各用户低维波束域预编码器。

2.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于，所述波束矩阵为选定的一组空间角度采样格点所对应的阵列方向矢量构成的矩阵，每个阵列方向矢量称为一个波束。

3.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于，所述各用户波束集合为各用户波束基信道表示中波束域信道非零元素所对应波束的集合或包含该波束集合的选定集合。

4.根据权利要求3所述的天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于，所述波束基信道表示为波束矩阵乘以波束域信道矢量；所述波束域信道信息包括波束域信道矢量的估计值及估计误差的方差。

5.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于，所述波束域预编码器的设计包括：优化目标为最大化系统和速率的设计、最大化系统遍历和速率的设计及最大化系统遍历和速率上界的设计。

6.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO波束结构预编码传输方法，其特征在于，

其中，

(1)所述优化目标为最大化系统和速率的设计，利用波束矩阵、各用户波束映射矩阵、各用户波束域预编码器和各用户信道估计值更新系统和速率表达式，将空间域预编码器设计问题转化为波束域预编码器设计问题，且波束域预编码器的迭代设计包括如下步骤：

①初始化各用户波束域预编码器，使其满足功率约束；

②利用MM算法框架得到系统和速率在当前迭代下的凸替代函数；

③使用拉格朗日乘子法求解当前迭代的凸问题；

重复步骤②-③直到达到预设迭代次数或预编码收敛，得到各用户最优波束域预编码器。

(2)所述优化目标为最大化遍历和速率的设计，利用波束矩阵、各用户波束映射矩阵、各用户波束域预编码器、各用户波束域信道和各用户波束域统计信道信息更新系统遍历和速率表达式，将空间域预编码器设计问题转化为波束域预编码器设计问题，且波束域预编码器的迭代设计包括如下步骤：

①初始化各用户波束域预编码器，使其满足功率约束；

②利用MM算法框架得到系统遍历和速率在当前迭代下的凸替代函数；

③使用拉格朗日乘子法求解当前迭代的凸问题；

重复步骤②-③直到达到预设迭代次数或预编码收敛，得到各用户最优波束域预编码器。

(3)所述优化目标为最大化系统遍历和速率上界的设计，系统遍历和速率上界为系统遍历和速率利用詹森不等式得到，表达式包括波束矩阵、各用户波束映射矩阵、波束域预编码器和各用户波束域统计信道信息，将空间域预编码器设计问题转化为波束域预编码器设计问题，且波束域预编码器的迭代设计包括如下步骤：

①初始化各用户波束域预编码器，使其满足功率约束；

②利用MM算法框架得到系统遍历和速率上界在当前迭代下的凸替代函数；

③使用拉格朗日乘子法求解当前迭代的凸问题；

重复步骤②-③直到达到预设迭代次数或预编码收敛，得到各用户最优波束域预编码器。