[发明专利]毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法

说明书

技术领域

本发明属于MIMO无线网络技术领域，尤其涉及一种毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法。

背景技术

目前在第五代蜂窝网5G中，为了满足比LTE-A提高1000倍的无线业务速率，大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术已经被广泛使用，毫米波的频谱覆盖30GHz到300GHz，因此应用毫米波频段传输成为增加网络容量的一种可行的方法。在毫米波频段大规模MIMO网络结构中，为有效的完成下行链路预编码和上行链路检测，基站需要获取足够精准的信道状态信息。而对于时分双工系统，可充分利用信道链路的上下行互易特性，通过上行训练，完成基站端信道信息的探测。在此场景中，所需信道训练序列长度同用户端的天线数量成正比。在频分双工模式中，链路的上下行互易特性，将不再成立。基站仅可通过下行信道训练帧发送、用户端信道估计以及上行信道反馈三个连续的过程来感知下行信道状态信息。此场景中，下行训练符号的长度以及上行反馈信道信息量与基站端的天线数目成正比，将会产生较大的系统开销，尤其在基站天线数量很大的情况下。现有的几种典型的大规模MIMO低复杂度预编码算法如下：1.两阶段预编码方案，即“联合空间分集与复用传输”。两阶段预编码的核心思想可归纳为：首先，根据各自用户信道的协方差特性，将用户进行分簇。同一簇内的各个用户具有近似相同的信道协方差特性。然后，将下行预编码传输过程分割为两个阶段，即外层预编码阶段与内层预编码阶段；2.改进型两阶段预编码方案I:低开销的随机用户选择和可达合速率最大的外层预编码设计；3.改进型两阶段预编码方案II:基于相位旋转的以最大化最小用户平均速率为导向的外层预编码设计；4.改进型两阶段预编码方案III:低复杂度的在线外层预编码跟踪；5.基于信道空间二阶统计特征信息的波分复用多址接入协议。以上五种方法，当不同用户簇的电磁散射角度延展范围(Angle-Spreading-Ranges,ASR)不交叠时，可通过选用合理的预编码方案实现正交接入。但是，在实际场景中，用户在有限的地理空间内，随机部署，不同用户分簇的ASRs将以较高概率产生交叠，引入用户簇间的干扰，会降低以上几种预编码算法的性能。此种现象在超密集网络中更为严重，将大大的限制整个网络的性能。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的大规模MIMO低复杂度预编码方法存在不同用户分簇的ASRs产生交叠概率较高，引入用户簇间的干扰，降低预编码的性能，大大降低网络的性能；反馈开销大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法。

本发明是这样实现的，一种毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法，所述毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法包括：用户收到基站反馈的信道状态信息；求出信道矩阵的协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解，并求出最大的特征值；求出预波束成形矩阵；求出目标函数；依据所有的目标函数，选择最优的基站。

进一步，所述毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法包括以下步骤：

第一步，有L个具有N个天线的基站发送信号，有K个被分为C个簇的单天线用户接收信号，其中第c簇中的用户对第l个基站的协方差矩阵为信道协方差矩阵进行特征值分解得其中为非零特征值组成的矩阵，为协方差矩阵的非零特征值对应的特征向量组成的矩阵，并且天线数N很大时，由一组零均值和单位方差的离散傅里叶变换矩阵组成，相较于实时信道的变化极为缓慢；

第二步，求出矩阵中数据的最大值为

第三步，根据信道协方差矩阵的特征值矩阵得出集合矩阵对进行SVD分解，得到特征向量组成的矩阵其中为非零特征值对应的特征向量组成的矩阵，为零特征值对应的特征向量组成的矩阵；

第四步，对生成矩阵进行SVD分解得到其中为非零特征值对应的特征向量组成的矩阵，为零特征值对应的特征向量组成的矩阵，为非零特征值组成的矩阵；

第五步，计算用户的预波束成形矩阵

第六步，求出第c簇中用户k对基站l的目标函数

其中为噪声功率，P_t为用户的传输功率，tr(·)为矩阵的迹，K_c为第c簇中的用户数；

第七步，求出第c簇的最优基站

本发明的另一目的在于提供一种利用所述毫米波频段大规模MIMO系统的低复杂度基站选择方法的多输入多输出系统。