[发明专利]MR预处理下硬件损伤大规模MIMO双向中继系统功率分配方法

说明书

本发明公开了MR预处理下硬件损伤大规模MIMO双向中继系统功率分配方法，根据估计信道为每个用户、大规模MIMO中继分配功率，使得系统频谱效率达到最高。所述方法包括：1、硬件损伤大规模MIMO中继接收双向用户发送的导频信道，获得估计信道矩阵；2、根据估计信道信息、用户数以及基站天线数，计算出上行MRC接收检测和下行MRT预编码矩阵；3、根据系统总功率的限制，建立最大化频谱效率的非凸性优化函数，并将所述非凸性优化函数转化为凸性优化函数；4、根据所述凸性优化函数，计算每个用户和大规模MIMO中继分配功率。本发明考虑了大规模MIMO硬件损伤和LOS/NLOS衰落环境，能够更合理地为用户和大规模MIMO中继分配功率方案。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种MR预处理下硬件损伤大规模MIMO双向中继系统功率分配方法。

背景技术

随着移动智能终端的海量增加，在未来十年中数据业务量将呈指数增长；海量智能终端带来的能源消耗给环境带来巨大压力，如何满足通信系统频谱效率和能量效率的提升成为未来移动亟待解决的问题。面对上述问题，时分双工(Time Division Duplexing，TDD)大规模MIMO系统通过深度挖掘空域资源获得巨大的分集增益、复用增益以及阵列增益，极大地提高了系统频谱效率和能量效率，成为未来5G移动通信突破性技术之一。大规模多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)在基站端部署大量低成本天线同时服务数量相对较少的用户，能够有效地降低发射功率、减少小区间及小区内干扰，简化收发端设计。此外，协作中继能够增强网络覆盖范围、提高小区边缘用户服务质量。当前，大规模MIMO协作被认为是未来高效通信网络的有力候选标准，受到广泛关注。双向中继利用网络编码原理同时接收两端链路的信号，并在接收端使用连续干扰消除(successive interferencecancellation，SIC)算法获得期望信号。

在双向多对大规模MIMO中继系统中，中继配置大量低功耗天线，N对单天线用户随机分布于中继两端。已有的研究中，用户将信号发送到大规模MIMO中继，中继接收检测后进行预编码处理，再将处理后的信号发送期望用户，在此过程中，假设大规模MIMO中继为理想RF元件，用户发送功率相同，且系统工作在非视距(non-line-of-sights,NLOS)NLOS衰落环境。在NLOS和视距(line-of-sights,LOS)衰落环境下，硬件损伤双向多对大规模MIMO中继系统中的功率分配问题有待研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服当前技术存在的局限性，考虑大规模MIMO使用廉价、低功率天线阵列，本发明提供一种适用于基于硬件损伤的MR预处理双向大规模MIMO中继系统的功率分配方法，只需要估计信道的统计信息，在总功率受限的前提下，能以较低的复杂度获得近似最高的系统频谱效率，能有效地提高系统的容量，获得较高传输速率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种MR预处理下硬件损伤大规模MIMO双向中继系统功率分配方法，包括以下步骤：

S1，以第n个用户为功率分配对象，大规模MIMO中继通过信道估计算法计算出含有硬件损伤的每个信道统计特征和估计误差的统计特征分别为

其中，β_n表示第n个用户到大规模MIMO中继的大尺度衰落系数，K_n表示第n个用户到大规模MIMO中继的莱斯衰落因子(K_n＝0为瑞利衰落)，p_p表示用户发送的训练序列功率，τ训练序列长度，κ_r表示中继接收损伤电平。

S2，计算得到第n'个用户的近似下行信道状况表征量，包括以下步骤：