买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：中山大学

摘要：本发明公开一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法。本发明将发射天线阵列分为多个可被动态地分配给不同用户的子阵列，并由此构5造出一系列并行的子阵列优化子问题，随后采用交替优化方法求解子问题，并采用最大权值匹配算法进行子阵列分配，在保证性能的情况下降低预编码设计的计算复杂度。

主权项：1.一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取下行多用户MIMO系统的信道矩阵Hk,k＝1,···,K；所述下行多用户MIMO系统，具体为：在基站配备Nt根发射天线及Lt条射频链路，发送端的Nt根发射天线被分为Lt个子阵列，子阵列均为均匀线阵且其天线数为Mt＝tt；该基站服务K个用户，每个用户配备Nr根接收天线及1条射频链路；基站与每个用户之间进行单数据流传输，信道矩阵表示为k,k＝1,···,K；模拟预编码矩阵、数字预编码矩阵及模拟组合矩阵分别用B＝[b1,…,K]、W＝diag{w1,…,K}表示，其中f1、b1、w1分别表示模拟预编码矩阵第1列的非零元素，即第1个子阵列对应的模拟预编码矢量、数字预编码矩阵的第1列，即第1个用户对应的数字预编码矢量、模拟组合矩阵的第1列的非零元素，即第1个用户对应的模拟组合矢量，以此类推；噪声方差为σ2，基站端最大发射功率为Pt；S2：根据获取的信道矩阵Hk，对下行多用户MIMO系统中的每个用户都构建关于模拟域的频谱效率最大化的优化问题，求解后得到K组模拟预编码矢量及模拟组合矢量k,＝1,···,；S3：令下行多用户MIMO系统中的子阵列被分配给某用户后，该子阵列需优先保证该用户的频谱效率，且每个用户被分配到相同数量的子阵列，然后根据总频谱效率最大的原则构造优化问题，求解后得到子阵列分配矩阵M；S4：根据S2、S3的结果，得到最终的模拟预编码矩阵F与模拟组合矩阵W；S5：采用块对角化方法消除多用户干扰，并利用注水功率分配法分配功率以获得最大的频谱效率，最终得到数字预编码矩阵B；S6：根据S4、S5的结果，得到最终的混合预编码矩阵T＝×B，混合组合矩阵R1＝W；S7：下行多用户MIMO系统的输入信号在发射端使用混合预编码矩阵T处理后，发送至接收端中使用混合组合矩阵R1处理，实现输入信号的预编码；步骤S2中构建关于模拟域的频谱效率最大化的优化问题，具体为：根据所输入的信道矩阵，总频谱效率表示为： 式中辅助变量表示Nr阶的单位矩阵；令数字域采用块对角化方法消除多用户干扰即： 令噪声方差为1，且根据恒模约束有最终φk＝r；解耦数字域与模拟域的设计，则对于用户k而言，需要求解的优化问题等价地表示为： 式中，F,j表示模拟预编码矩阵F的第i行第j列的元素，wk表示矢量wk的第i个元素；步骤S2中求解后得到K组模拟预编码矢量及模拟组合矢量k,＝1,···,，具体为：令： Hk,l为第l个子阵列与第k个用户之间的子信道矩阵；故优化问题被转化为以下两个问题： 式中，fl为矢量fl的第i个元素，利用逐元素迭代法分别求解上述问题，其最优解分别有如下迭代形式： 式中，通过交替迭代方法即可得到优化问题的解，即先固定wk，求解最优的fl,＝1,···,t；再固定fl,＝1,···,t，求解最优的wk，交替迭代，直至收敛；最终，用户k得到一组拟预编码矢量及模拟组合矢量k，K个用户都采用相同操作，得到K组模拟预编码矢量及模拟组合矢量k,＝1,···,；步骤S3中根据总频谱效率最大的原则构造优化问题，具体为：共Lt个子阵列，每个子阵列可供选择的预编码矢量有K个，要求从每个用户的预编码矢量组合中挑选的预编码矢量个数应该相同以保证每个用户的通信质量；将最大化频谱效率的问题近似视作最大化信干噪比的问题，则可定义一个辅助矩阵，其矩阵元素为表示第k个用户所对应的第l个子阵列的预编码矢量所能得到的信干噪比，由此可得到以下关于子阵分配的优化问题： 式中，°为哈达玛积，M为分配矩阵，若其第i行第j列为1，则表示第i个用户的第j个预编码矢量被选择，若为0则未被选则，其每行仅有个Kt个元素为1且每列仅有个1个元素为1；步骤S3中求解后得到子阵列分配矩阵M，具体为：利用Kuhn-Munkres算法求出子阵分配优化问题的最优解，得到子阵列分配矩阵M；步骤S4中根据S2、S3的结果，得到最终的模拟预编码矩阵F与模拟组合矩阵W，具体为：根据S2、S3的结果选择预编码矢量，若M,j＝1，则第i个用户的第j个预编码矢量被选择，即第j个子阵列被分配给用户i；若M,j＝0，则第i个用户的第j个预编码矢量未被选择；最终，模拟预编码矩阵模拟组合矩阵W＝diag{w1,…,K}；步骤S5具体为：定义辅助变量其次，对做奇异值分解式中分别表示的左奇异矩阵、奇异值矩阵、右奇异矩阵中对应奇异值不为0的部分、右奇异矩阵中对应奇异值为0的部分；再对做奇异值分解式中分别表示的左奇异矩阵、奇异值矩阵、右奇异矩阵中对应奇异值不为0的部分、右奇异矩阵中对应奇异值为0的部分；则第k个用户对应的数字预编码矢量可表示为： 式中用于消除干扰，表示的第1列元素，其用于获取最大增益，pk表示为第k个数据流所分配的发射功率；最终，数字预编码矩阵3＝[b1,…,K]。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中山大学 一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法