[发明专利]一种波束成形预编码系统及方法

说明书

本发明实施例提供了一种波束成形预编码系统及方法，该系统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，可以获取无线通信系统中接收端的预编码信号矩阵；根据输入信号对应的矩阵尺寸大小，确定用于正则化干扰置零的波束矢量方向；生成波束成形预编码矩阵，并利用波束方向的权重值对主瓣和旁瓣对于目标用户的权重做逐层分析；按照预先设定的多用户小区内实际通信系统的约束条件，预编码信号矩阵在拉格朗日对偶模块做原始问题最优化，生成可取代原始信号条件的等价函数，作为生成的波束成形预编码信号。应用本发明实施例提供的方案，能够提高网络资源利用率、提升预编码计算效率、降低计算复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种波束成形预编码系统方法及方法。在无线通信网络中预编码策略是决定通信质量的关键技术之一。在无线通信传输网络中提高波束成形主瓣的矢量方向，对准多用户小区内的目标用户，可以有效提高无线通信网络的预编码性能，提高资源利用率。

背景技术

波束成形技术可以减少无线通信系统中的干扰问题，增强通信网络中的干扰抑制效果，是重要的大规模MIMO系统中的重要信号处理方式。目前多用户小区的实际通信系统场景中，有限的物理空间内部部署大规模天线阵列，会导致各个天线阵元之间的相关性增加，从而使由大规模MIMO技术所带来的系统增益效果被弱化。同时，大量的天线还会使得各个天线阵元之间的同步变得非常困难。因此，需对大规模天线阵列进行合理的设计，降低各个天线阵元之间的相关性与耦合度，并根据天线阵列的特性，需要对天线进行处理和校准。波束成形技术逐渐成为5G移动通信系统中预编码的关键技术之一。

在基站侧安装大规模天线阵列，使得基站在有限的时间内处理高维度的随机矩阵变得极其困难，同时会增加基站对信号处理的时长，进而影响低时延移动通信系统的正常运行。当系统中所有数据流都在相同的时间、频率和空间上传输时，如果部署大规模天线阵列的基站同时服务大量用户的话，大规模MIMO系统就无法避免地会存在严重的多个数据流间干扰(ISI)以及多用户之间的干扰(MUI)。ISI和MUI会导致系统性能严重下降。在实际MIMO系统中，ISI和MUI无法被完全消除，而且考虑到复杂度的问题，并非所有的、传统的、已成熟的信号处理和干扰管理技术都能迁移到大规模MIMO系统之中。这种独立的信号数据矩阵分解方式有效地提高了网络资源利用率，同时提高了无线通信网络的预编码速率，降低了多用户小区大尺寸天线矩阵的技术复杂度。对于无线通信领域具有十分重要的研究价值。

在大规模MIMO系统预编码技术中，正则化迫零技术是解决多小区用户系统用户预编码的关键技术，也是目前无线通信系统中较为常用的技术。目前，按照干扰抑制的不同方式主要可以分成以下几种：基于迫零算法的预编码技术、基于块对角化的预编码技术、基于奇异值分解的预编码技术、基于纽曼级数的预编码技术等，这些算法从一定程度上解决了多小区无线通信系统的预编码问题，但对波束成形的矢量控制未达到良好保证。近年来，提出的正则化迫零算法，保证了较高的预编码传输质量。

为提高无线通信系统的预编码质量，同时保证信号的高质量传输，降低大尺寸矩阵的计算复杂度，本专利提出一种波束成形预编码系统方法，将传输的发送端信号，依次分配至正则化干扰迫零模块、奇异值分解模块、拉格朗日对偶模块，通过对不同波束矢量进行方向加权处理，形成满足约束条件的最优化矩阵。利用分层处理机制可提升系统的预编码质量，提高网络资源利用率。

基于RZF-奇异值-拉格朗日的波束成形预编码方法旨在，保证高传输质量的预编码同时，提高频谱传输效率，减小时延，降低网络阻塞率，避免大尺寸的计算复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：在独立同分布瑞利信道下，随着发射天线数目的不断增加，大规模MIMO系统中多用户间的信道趋近于彼此正交。此时，系统的性能仅仅与信道的大尺度衰落相关，与小尺度衰落无关。无线物理信道的随机特性降低，使得多小区之间的干扰能够通过简单的线性预编码和接收机消除。本发明提供了一种基于RZF-奇异值-拉格朗日的波束成形预编码算法，可以减减小时延，降低网络阻塞率，提高网络资源利用率，提高频谱传输效率。