[发明专利]一种大规模多天线系统低复杂度预编码方法

摘要

本发明公开了一种共轭梯度法(CG)与雅可比(Jacobi)迭代法(JC)结合的用于大规模多天线系统(Massive MIMO)的低复杂度预编码方法，属于无线通信技术领域。该方法主要包括四个步骤：首先使用对角近似初始解，提高收敛速率；然后使用两次以快速收敛为特点的CG方法，为后续的低复杂度的JC迭代提供精确的搜索方向；接下来先使用混合迭代的思想，利用CG方法的原理以及前两次CG方法的结果降低第一次JC迭代的复杂度；最后使用JC迭代完成后续迭代过程。相比于用于大规模多天线系统预编码的传统近似矩阵求逆方法，该方法具有更快的收敛速率，从而能够以更少的迭代次数、更低的复杂度获得更好的系统误码率性能。

主权项

1.一种大规模多天线系统低复杂度预编码方法，其特征在于，所述预编码方法包括下列步骤：S1、系统初始化参数，初始化确定基站天线数目为N，单天线用户数目为M，给定原始发送信号向量给定下行链路信道矩阵H∈C^M×N，以及单根天线上的噪声功率σ²；S2、计算预编码后的发送信号向量s＝HHA‑1b中未知部分A‑1b的迭代解的初始解x0，其中A∈CM×M为待求逆矩阵，A＝(HHH+σ2IM)，其中IM为M维标准矩阵；S3、使用两次共轭梯度方法，计算预编码中间向量的第一次迭代结果x1＝x0+α0g0+α1p1，并设迭代次数k＝1；其中，g0为初始化梯度，p1为第一次搜索方向，α0为初始搜索步长，α1为第一次迭代搜索步长；S4、判断预编码中间向量的第k次迭代结果xk是否满足迭代终止条件，若满足则跳转到步骤S6，否则，计算预编码中间向量的第二次迭代结果x2＝x1+D‑1(g1‑α1v1)，其中，D是矩阵A的对角矩阵，(·)‑1表示矩阵求逆运算，g1是第一次迭代梯度，v1是梯度第一次更新方向，设迭代次数k＝2；S5、判断xk是否满足迭代终止条件，若满足则跳转到步骤S6，否则，计算xk+1＝D‑1(b‑(A‑D)xk)，设迭代次数k＝k+1,重复步骤S5；S6、计算基站实际发送信号s＝HHxk；其中，所述步骤S2具体包括：S21、计算待求逆矩阵A∈CM×M，A＝(HHH+σ2IM)，其中IM为M维标准矩阵；S22、计算矩阵的严格上三角矩阵S23、利用矩阵A的复共轭对称正定性，通过D＝A‑U‑U^H计算矩阵A的主对角线矩阵S24、计算矩阵D的逆矩阵S25、将D‑1乘以原始发送信号b，得到对角近似初始解x0＝D‑1b；其中，所述步骤S3具体包括：S31、初始化第一次共轭梯度方法，即按照如下式子计算初始梯度：g0＝b‑Ax0；S32、开始迭代第一次共轭梯度方法，即分别计算梯度初始更新方向v₀＝Ag₀、初始搜索步长第一次迭代梯度g₁＝g₀‑α₀v₀、第一次迭代搜索方向S33、开始迭代第二次共轭梯度方法，即计算梯度第一次更新方向v₁＝Ap₁和第一次搜索步长S34、计算预编码中间向量的第一次迭代结果x1＝x0+α0g0+α1p1，设迭代次数k＝1。