[发明专利]一种低复杂度的大规模天线选择方法

说明书

技术领域

本发明属于通信抗干扰技术领域，涉及空间调制(Spatial Modulation，SM)技术，夹角和范数方法的发射天线选择和MIMO(Multiple Input Multiple Output)等技术，具体来说涉及一种基于空间调制的低复杂度大规模天线选择方法。

背景技术

SM技术作为一种新的MIMO调制方案被提出来作为一种新的调制技术。该技术的基本原理是通过激活不同的天线，将天线索引值用于调制来传输信息比特信息。这种传输方案的本质是利用MIMO系统中不同信道的独立性。因为每个时隙只有一根天线被激活，因而能够有效地避免传统MIMO系统中的信道间干扰和发射天线间信道同步的问题，提高了系统的传输速率，并降低了MIMO系统的成本，成为未来移动通信的主要候选技术之一。

天线选择技术作为一种能有效降低射频链路成本的手段，将其引入到SM系统中，不仅可以保持SM系统发射端单射频链路及其带来的其他优势，而且还能给SM系统带来分集增益。当基于空间调制的MIMO系统的天线规模较大时，现有的最优准则最大化最小欧氏距离准则的天线选择算法复杂度极高因而可实现性低，为此，我们寻求复杂度和性能折中的一种适用于大规模天线系统的天线选择算法，尤其适用于基于空间调制的大规模MIMO系统。

传统基于欧氏距离最小最大化的天线选择准则需要遍历搜索所有可能的发送星座集合，遍历搜索的复杂度随着调制阶数和天线数的增多急剧增加，天线规模较大时，可实现性低，基于容量最大话的方法尽管复杂度很低，但其误码率性能不尽如人意；因此，本发明提出了一种低复杂大规模天线选择方法，降低天线选择复杂度的同时保证性能较优。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于SM调制系统的低复杂度大规模天线选择方法，解决天线规模较大的空间调制MIMO系统中性能最优天线选择复杂度过高的问题。本发明通过对天线集合进行子集划分，在每个子集合内进行天线选择，避免了星座点和发送向量全集的遍历搜索，同时用夹角和向量的2-范数的权重作为选取的衡量标准，性能明显优于单纯的考虑2- 范数的容量最大化天线选择方法，在性能和复杂度中取得了较好的折中。

本发明的技术方案是：一种低复杂度的大规模天线选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.利用信道估计方法获取当前信道矩阵以信道矩阵H的N_t个列向量对应于天线集合S，每个列向量对应于一根天线；在天线集合S中选择范数最大的L根天线，并以这L根天线为基准将天线集合S中剩余的|S|-L根天线根据列向量的夹角划分为L个子集合，其中|S|表示集合S中的元素个数，夹角的定义为：

其中，h_j和h_k表示信道矩阵H的第j和k列；

具体步骤为：设定范数最大的L根天线对应L个信道列向量为：h_l,l＝1,...,L，将剩余的 |S|-L个列向量逐一与h_l,l＝1,...,L分别计算夹角，确定夹角最小值所对应h_l，即将该列向量划分至其对应子集合A_l,l＝1,...,L内，最终将天线集合S划分为L个子集合；

步骤2.对于任一子集合A_l,l＝1,...,L，定义K_l表示当前子集合需要选择天线数、已选天线集合和备选天线集合初始状态已选天线集合为空集、备选天线集合元素个数为|A_l|，即在备选天线集合中选取权重最大的信道列向量添加至已选天线集合中，直到已选天线集合中列向量数n＝K_l，结束该子集合的天线选择，具体步骤为：

步骤2a.在子集合A_l中，对于第一次选择，选择范数最大的一个列向量，即为h_l，首先将列向量h_l添加到集合中，此时

步骤2b.对于第n(n≥2)次选择，将备选集合中的个列向量逐一与已选天线集合中已经选择的(n-1)个向量分别计算夹角，选择满足最小夹角与当前列向量范数的乘积权重最大的列向量，数学描述如下：

将满足上式的p_n添加到已选天线集合中；

步骤2c.重复步骤2b，直到集合的元素为个数为K_l，即

步骤3.对于每一个子集合A_l,l＝1,...,L进行步骤2的天线选择操作，每个子集合的已选天线集合需要选择的总天线数为