[发明专利]大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计

权利要求书

1.一种大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先用户通过接收的导频序列得到下行信道状态信息CSI估计值，并通过反馈链路将下行信道状态信息CSI估计值反馈给基站；基站将接收的CSI估计值运用泰勒级数展开的方式得到最优外层预编码矩阵来消除各组间的用户的干扰IUI，然后将实际信道H_g与最优外层预编码矩阵结合形成等效信道其中g表示分组后的小组序号，g＝1,2,…,G，G表示小区内用户分组总数，上标equ表示英文equivalence等效值的前三个首字母，上标opt表示英文optimization最优化的前三个字母；

最后基站基于等效信道并运用迫零技术实现内层预编码矩阵的设计，来消除组内IUI；

所述下行信道状态信息CSI估计值可表示为

其中h_gk∈C^M×1表示基站到g组第k个用户之间的信道估计矢量，表示基站到g组第k个用户之间的小尺度衰落矢量，中的每个元素相互独立且服从均值为0，方差为1的复高斯分布，M表示基站天线总数，表示第g组的信道协方差矩阵，且g＝1,2,…,G，G表示用户分组总数，第g组用户信道协方差矩阵的第k行、第l列元素可表示为

其中∫(·)表示求积分运算，θ表示各分组的中心角，Δ表示角度扩展，λ_c表示载波波长，d表示天线间距，k、l分别表示第g组信道协方差矩阵R_g的第k行、第l列，的上标c表示信道的英文单词channel的首字母。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其特征在于，所述基站将接收的CSI估计值运用泰勒级数展开的方式得到外层预编码矩阵具体包括：

通过求解优化函数f(α)来设计第g组的外层预编码矩阵

其中α表示迹比值，Tr{·}表示矩阵的迹运算，max(·)表示最大化运算，表示第g组的外层预编码矩阵，维度为M×M_g，M_g表示迹比值为α时矩阵主要特征值的个数，表示维度为M_g×M_g的单位矩阵，R_f表示第f组用户的信道协方差矩阵，f＝1,2,…,G，且f≠g，表示背景噪声功率，I_M表示维度为M×M的单位矩阵，上标H表示矩阵的共轭转置；通过求解优化函数第g组最优的外层预编码矩阵其中argmax(·)表示使函数取最大值时自变量的取值，第g组用户的外层预编码矩阵V_g需满足表示维度M_g×M_g的单位矩阵。

3.根据权利要求2所述的大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其特征在于，将实际信道H_g与最优的外层预编码矩阵结合形成等效信道的公式为：其中表示基站到第g小组用户之间的信道矩阵，K_g为第g组用户总数，为第g组最优的预编码矩阵。

4.根据权利要求3所述的大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其特征在于，所述外层预编矩阵的设计步骤包括：

开始输入：初始化R_g，第一步：t表示迭代次数，λ_t表示通过迭代计算得到的第t次迭代计算后的迹比值，令t＝0，并初始化迹比值；

其中是一个被初始化的矩阵，满足λ₀表示算法迭代次数为0时的迹比值；

第二步：对矩阵进行特征值分解，将其M_g个最大特征值所对应的特征向量构成矩阵V_g(λ_t)；

第三步：更新迹比值λ_t+1；

第四步：如果|λ_t+1-λ_t|＜ε，执行第五步，其中ε表示算法结束门限值；否则t＝t+1，并执行第二步；

第五步：最优迹比值α^opt＝λ_t+1，通过上述方式，最终设计出了第g组最优的外层预编码矩阵

5.根据权利要求3所述的大规模MIMO系统融合迫零与泰勒级数展开的双层预编码设计方法，其特征在于，基于等效信道并运用ZF技术对第g组用户的内层预编码矩阵进行设计为：

其中表示基站给第g组中各用户发送信息时的发送功率，表示基站给第g组中第k个用户发送信息时的发送功率，并且内层预编码矢量需满足条件：因为第g组内层预编码矩阵W_g基于等效信道进行设计。