[发明专利]一种波束成形预编码系统及方法

权利要求书

1.一种波束成形预编码系统方法，其特征在于，该算法包括：正则化迫零模块、奇异值分解模块以及拉格朗日对偶模块，其中，

1)所述正则化迫零模块，用于对无线通信系统中接收端的信号数据做预编码处理，将发送端的信号用正交矩阵天线阵列设计波束向量，消除下行链路中产生的用户间干扰，并将所述的正则化迫零处理的预编码矩阵发送至所述的奇异值分解模块；

2)所述奇异值分解模块，用于筛除干扰信息中包含的冗余信号，将预编码矩阵映射到低维度的矩阵空间坐标系中，把输入信号转化为奇异值分解的形式，使得输出矩阵可用奇异值矩阵的特征值与奇异矩阵表示，并将所述的奇异值分解处理后的矩阵发送至所述的拉格朗日对偶模块；

3)所述拉格朗日对偶模块，用于在实际的通信系统传输中产生的物理条件约束，为了避免实际约束场景中波束成形矩阵的大尺寸的预编码矩阵求逆，对代价函数做最优化方式处理，将奇异值分解模块得到的矩阵做强对偶和KKT条件，所得到的拉格朗日对偶优化结果，作为预编码结果矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述正则化迫零模块装置包括预编码矩阵的干扰迫零机制、波束向量正交化机制，其中：

1)所述干扰迫零机制，用于多天线技术下涉及到的高复杂度信号输入矩阵，在到达预编码模块中的正则迫零步骤时，将尺寸较大的输入信号矩阵传递至RZF进行干扰迫零处理，并将波束矢量的主瓣对准需传递的目标用户信号、零值和旁瓣对准干扰信号部分，对主瓣和旁瓣各自赋予一定的权重值，做加权选择处理，将该部分信号传递至所述波束向量正交化机制模块；

2)所述波束向量正交化机制，用于一组相位延迟或者时间延迟与固定的权重形成的组合，对传感器的位置波束与目标用户信号波束做正交化处理，并对预编码的发射信号做针对优化，将其加权后的信号做正交选择得到正则化迫零模块处理后的预编码矩阵：

W＝H^H(HH^H+αI)^-1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述生成奇异值分解模块包括：实对称矩阵、实际场景下的非实对称矩阵，其中，

1)所述实对称矩阵机制，用于输入端信号经过干扰迫零处理以后，将预编码信号映射到低维空间，在普通的实对称矩阵场景下，将预编码矩阵分解成为正交矩阵和特征值的表达方式；

2)所述实际场景下的非实对称矩阵，用于通信系统中与预编码信号在实际场景下为非实对称矩阵情况中，将该波束成形矩阵做奇异值分解，并将奇异值矩阵做特征值分解处理，转化为筛除冗余的降维信号矩阵：

W＝λ₁u₁v₁^T+λ₂u₂v₂^T+...+λ_Nu_Nv_N^T。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述拉格朗日对偶模块包括原始问题机制、强弱对偶机制、KKT条件机制，其中：

1)所述原始问题机制，用于处理奇异值的分解结果，对代价函数做约束条件处理基站侧发射端的发射功率限制、小区内可以介入的总用户数以及小区基站能够辐射的范围，根据以上的实际场景约束条件做广义拉格朗日参数最大化，并运用对偶函数将拉格朗日问题进行分解处理，将约束条件下的最优化结果发送至强弱对偶机制模块；

2)所述强弱对偶机制模块，用于求解大尺寸规模的初始信号矩阵，将约束条件用拉格朗日对偶函数设定出下界，当约束条件趋于强对偶时需要严格考虑约束条件，将对偶函数设置为目标用户数量限制问题与基站发射端功率问题的等价；

3)所述KKT条件机制，用于满足严格对偶前提下的拉格朗日函数最优化问题，将原始输入预编码信号中的波束约束问题与拉格朗日对偶函数中的零点带入到KKT条件中，并将约束条件进行简化处理得到可行域，将分情况讨论处理的约束条件限制可行解做限制，得到在实际场景下的预编码结果。