[发明专利]大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及大规模MIMO系统的天线选择方法。

背景技术

随着移动通信系统以及Internet的迅猛发展，未来移动通信系统的设计目标不仅要求通信速率的提高，还要求实现更大的系统容量和更好的通信质量，而且要能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据和图像等的多媒体业务。如何实现这个目标已成为世界通信和信息科学学术界研究的热点。为了在有限的频谱资源上提高传输速率，MIMO技术已成为一种重要的物理层传输技术。

近年来，智能终端的兴起及无线数据应用业务的丰富，对无线通信系统的容量提出了更高的要求，在能源紧缺及环境恶化日益严重的情况下，一种以面向并满足第五代移动通信系统各项性能指标为目标的“升级版”MIMO传输技术，亦即大规模MIMO技术近年来一经提出，就以其所具有的突出高容量、高可靠性、以及绿色低功耗等理论特性而迅速引起了国内外广大学术界学者和网络及移动设备制造商的高度关注。

所谓大规模MIMO，就是在基站端采用多达上百根乃至数百根的发射天线来高速传输数据的一种新型传输技术。与现有传统MIMO技术相比，大规模MIMO需要在基站端集中配置多达数百根天线。根据接收端所需信号质量的不同要求，完全可以在基站侧选择信道质量较好的若干个发送天线进行发射，即天线选择技术，从而节省无线链路资源，同时也降低了设备复杂度。通常以系统容量为目标进行天线选择，最容易想到的选择方法是根据所需天线数在所有天线中进行遍历选择，搜索到获得最大系统容量的最佳发送天线选择结果，但此遍历算法复杂度太大，不适于实际应用。现有技术还未解决这些问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法，此方法简化了依据信道容量进行的遍历天线选择，采用递推法进行天线的最优选择，以低复杂度实现了好的系统性能。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：基于MIMO系统平均功率分配时的信道容量公式，分析推导信道容量公式，再经过简化及分析，得到关于新增加的发送天线至各根接收天线的信道向量的关键表达式；

步骤二：发送端获取发送天线与接收天线之间的信道信息；

步骤三：根据最大范数准则进行第一根天线的选择；以步骤1中的信道向量的关键表达式为基础，根据递推算法，进行所需天线数目的选择，以获得最佳的发送天线选择结果。

前述的大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法，步骤一包括如下内容：基于MIMO系统平均功率分配时的信道容量公式其中ρ为总的发送信噪比，N_t为发送天线数，N_r为接收天线数，为N_r×N_r的单位阵，H为N_r×N_t的信道矩阵，上标H表示共轭转置，det(·)表示行列式。假设已选择了L_n根最优的发送天线，此时的信道矩阵为H_n，其维数为N_r×L_n，则再增加一根天线后，可得新的信道矩阵为H_n+1＝[H_nh_s]，其中，h_s为新增加的发送天线至各根接收天线的信道向量，此时，对应的信道容量公式为：其中L_n+1＝L_n+1。对其进行简化及分析，得到关于h_s的关键表达式为从可选天线集合中选择使其最大的h_i，即为所选的最佳发送天线所对应的信道向量，即

前述的大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法，步骤二包括如下内容：发送端发送一定的导频，接收端获得各发送天线与接收天线之间的信道信息并反馈至发送端；或者，根据信道互易性，发送端根据接收信号估计信道信息作为其信道矩阵。

前述的大规模MIMO系统的快速发送天线选择方法，步骤三包括如下内容：

A，将所有发送天线放入可选天线集合；

B，设定第一根发送天线的选择依据，进行选择，并从可选天线集合中删去已选的第一根发送天线；

C，基于步骤一所得的递推公式，搜索使得相应表达式达到最大值的发送天线信道向量，该发送天线即为所选的第2根天线，并从可选天线集合中删去已选的天线；