[发明专利]一种基于截短级数展开的LR-RZF大规模MIMO系统预编码方法

摘要

本发明提供了一种基于截短级数展开的LR‑RZF大规模MIMO系统预编码方法，首先建立基站到用户的下行链路信道模型，然后对信道矩阵采用LR技术进行变换，以及采用RZF技术得到LR‑RZF预编码算法，接着利用截短级数方法来代替矩阵求逆来降低求逆运算的复杂度。最后在最优SINR基础上求出截短级数的最优系数，并计算出移动用户的平均到达率。本发明主要针对的是大规模MIMO系统下行链路进行预编码,如何降低线性预编码RZF算法中矩阵求逆计算复杂度以及减少用户间干扰。

主权项

1.一种基于截短级数展开的LR‑RZF大规模MIMO系统预编码方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立基站到移动用户的下行链路信道模型；步骤2：对信道矩阵采用LR技术进行变换，并结合RZF技术得到LR‑RZF预编码算法，接着利用截短级数方法求逆；步骤3：在SINR基础上求出截短级数的最优系数，并计算出移动用户的平均到达率；所述步骤1具体为：假设基站具有N个发射天线，接收端是具有单天线的K个移动用户，基站发射天线与第k个移动用户接收天线之间的信道用向量h_k～CN(0_N×1,Φ/K)表示，其中1≤k≤K，Φ为信道协方差矩阵，维数为N×N，0_N×1是零向量；K个移动用户所需信号用向量s＝[s₁,…,s_k,…,s_K]^T表示，其中s_k为第k个移动用户所需要的信号，满足s_k～CN(0,1)；假设G＝[g₁,…,g_k]是维数为N×K的预编码矩阵，信号s经过预编码之后通过基站天线发射给移动用户端，则第k个移动用户接收到的信号为式中n_k是接收端第k个移动用户的循环对称复加性高斯白噪声，满足n_k～CN(0,σ²)，σ²是噪声方差；假设基站总的发射功率满足式中tr(·)表示矩阵的迹；根据式(1)可知，接收端第k个移动用户的SINR为式中e_k是单位矩阵I_K的第k列元素；假设发射机并不知道接收端每个移动用户准确的瞬时信道状态信息假设接收端每个移动用户的瞬时信道服从Gauss‑Markov分布，即有式中τ是影响瞬时信道状态信息的标量参数，满足τ∈[0,1]，当τ＝0时得到准确的瞬时信道状态信息，当τ＝1时只能得到统计信息；假设接收端K个移动用户组成的信道矩阵为维数为N×K；移动用户的平均到达率与SINR的关系可以表示为式中E(·)表示取数学期望；所述步骤2具体为：根据LR技术对信道矩阵进行LR分解，假设分解后矩阵变成则两者之间满足式中矩阵T是单模矩阵，矩阵元素为高斯整数，且det(T)＝±1或±j；结合RZF技术得到LR‑RZF预编码算法为式中β是功率归一化因子，参数ξ是标量正则化系数；接着利用截短级数展开来求逆，同时有对任意正定Hermitian矩阵X，当参数α满足时，存在利用(8)式和对(7)式中的预编码矩阵进行展开，并取展开多项式前面J项，得到式中ω_l是标量参数；将(9)式代入(3)式中，得到式中w是由所有标量参数ω_l组成的向量，其中0≤l≤J‑1，定义w＝[w₀,…,w_J‑1]^T，矩阵A_k和B_k的第l行第m列的元素为：其中0≤m≤J‑1由此，(5)式中移动用户的平均到达率用向量w表示成当N和K趋向于∞时，(10)式中的SINR_k取值满足式中其中其中初始值和的取值分别为所述步骤3具体为：使(14)式中SINR取得最大值的w定义为为截短级数的最优系数，令则式中根据(13)和(14)式可知，移动用户平均到达率的最大值为