[发明专利]一种大规模MIMO系统的低复杂度预编码方法

权利要求书

1.一种大规模MIMO系统的低复杂度预编码方法，其特征在于，包括：

对大规模MIMO系统信道建模，估计相应的信道矩阵，并利用DFT变换将信道矩阵中的信道向量变换为虚拟信道向量，并通过虚拟信道向量的估计值构建估计的虚拟信道矩阵；

利用估计的虚拟信道矩阵计算RZF预编码矩阵，并代入发射信号表达式，再采用共轭梯度法求解线性方程组，得到天线发射信号；

其中，所述采用共轭梯度法求解线性方程组，得到天线发射信号包括：

首先，采用如下步骤求解线性方程组：

步骤a、计算对角矩阵其中，表示估计的虚拟信道矩阵；

步骤b、初始化t₀＝D^-1u，残差残差能量以及迭代次数n＝0；其中，u为基站想要发给各用户的信号向量，表示矩阵的Hermitian共轭转置，α为RZF预编码矩阵的正则化系数；

步骤c、设置最大迭代次数N_max和可容忍误差ζ；

步骤d、令当前迭代次数n＝n+1；

步骤e、如果n＝1，则计算第n步搜索方向p_n＝r_n-1；否则，

步骤f、计算第n步中间变量

步骤g、计算第n步搜索步长

步骤h、计算t_n＝t_n-1+γ_np_n；

步骤i、计算r_n＝r_n-1-γ_nw_n；

步骤j、计算

步骤k、若满足并且n＜N_max，则重复步骤d～步骤j；否则结束迭代，得到向量t＝t_n；

之后，利用求得的向量t计算基站天线发射信号其中，ξ为确保发射信号功率为P的功率约束因子，为DFT矩阵，M为MIMO系统中基站端天线数量。

2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO系统的低复杂度预编码方法，其特征在于，所述对大规模MIMO系统信道建模，估计相应的信道矩阵，并利用DFT变换将信道矩阵中的向量变换为虚拟信道向量包括：

记大规模MIMO系统中基站端天线数量为M，用户数量为K，信道为平坦衰落信道，则信道矩阵为：

其中，表示h_k为维度为M×1的复数数组，h_k为基站端到第k个用户的信道向量，k＝1,...,K，当用户端为单天线时，建模为：

其中，L为多径数量，β_k,l和φ_k,l分别为第k个用户的第l条路径的复增益和到达角，a(φ_k,l)为到达角为φ_k,l时基站端天线的流形向量；

如果基站端采用均匀线阵，d为相邻阵元的间距，λ为发送信号波长，则基站天线流形向量表示为：

其中，φ为到达角；

对信道向量进行估计，得到信道向量的估计值k＝1,...,K，其中，n_k为信道估计噪声；

利用DFT变换，将信道向量的估计值变换为虚拟信道向量其中为DFT矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的一种大规模MIMO系统的低复杂度预编码方法，其特征在于，所述通过虚拟信道向量的估计值构建估计的虚拟信道矩阵包括：

对于虚拟信道向量保留幅值最大的C个元素，并将其余位置的元素置零，得到虚拟信道向量的估计值其中，M为MIMO系统中基站端天线数量，C≤M；为信道矩阵中的信道向量的估计值，为DFT矩阵；

根据虚拟信道向量的估计值构建估计的虚拟信道矩阵其中，K为用户数量。

4.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO系统的低复杂度预编码方法，其特征在于，利用估计的虚拟信道矩阵计算RZF预编码矩阵，并代入发射信号表达式包括：

利用估计的虚拟信道矩阵计算RZF预编码矩阵W，表示为：

其中，表示矩阵的Hermitian共轭转置，ξ为确保发射信号功率为P的功率约束因子，α为RZF预编码矩阵的正则化系数，I_K为K×K的单位矩阵，K为用户数量，是DFT矩阵；

令矩阵则基站天线发送信号为：

其中，u为基站想要发给各用户的信号向量；令t＝B^-1u，得到线性方程组为：

Bt＝u

则基站天线发射信号的表达式为：