[发明专利]3D超大规模MIMO系统宽覆盖预编码生成方法及装置

说明书

本发明公开了3D超大规模MIMO系统宽覆盖预编码生成方法及装置。本发明根据二维角度功率谱分离条件，首先基于流形上的投影梯度法生成两组满足一定约束条件的互补序列集，再基于梯度法生成一对元素恒模且非零元位置互补的序列，最后根据所设计的两组互补序列集和互补序列对构造宽覆盖预编码矩阵。本发明所公开方法同时满足等发射功率约束以及半酉约束，相对已有宽覆盖方案能够在保证同步性能的基础上大幅降低复杂度。

技术领域

本发明涉及无线通信方法技术领域，特别是涉及地面无线通信与卫星无线通信中3D超大规模MIMO系统宽覆盖预编码生成方法及装置。

背景技术

通过在基站端配置大规模天线，大规模MIMO能够提供巨大的信道容量增益以及能量效率提升。大规模MIMO已经成为了5G移动通信的关键技术。对于无人机和物联网等新技术，大规模MIMO也能提供有效支持，能够提高无人机通信的可靠度和吞吐量，并且满足支撑物联网的大规模连接技术的需求。大规模MIMO对于卫星通信同样重要，目前在卫星通信系统的研究中也开始采用大规模天线配置。在大规模天线阵列中，均匀面阵天线由于尺寸合理，在地面无线通信系和卫星通信系统中都广泛应用。未来6G移动通信中，随着频谱效率和能量效率的进一步提升需求，配置超大规模面阵天线阵列的3D超大规模MIMO很有可能成为新的关键技术。另一方面，同步和控制信道信息传输在无线传输系统中起着重要的作用，是整个无线业务传输的前提，需建立在基站无法获取用户信道信息基础上。为确保同步与控制信息的有效传输，需要同步与控制信道信息的传输能够覆盖整个所服务的小区，让小区中任何方位的用户都能够获得可靠的同步与控制信息。综上，3D超大规模MIMO同步与控制信息传输方法在地面无线通信和卫星通信中都具有重要的应用前景。

近年来文献中针对大规模均匀面阵提出的全向预编码传输方法是一种高效的同步与控制信道信息传输方法。为了保证全向传输，考虑多个数据流，每个数据流对应一个预编码，所有数据流上的预编码合成一个全向预编码矩阵。在全向传输方法中需要考虑的约束有三个：全向约束、天线等功率约束以及整个预编码矩阵满足半酉约束。对于实际大规模MIMO系统，全向预编码传输又被进一步扩展为宽覆盖预编码传输方法以满足实际系统的具体覆盖要求。宽覆盖预编码设计方法基于优化理论，由于未来3D超大规模MIMO系统天线数量进一步的增加，宽覆盖预编码的设计的维度将大大增加。即使宽覆盖预编码设计是一种离线设计，但仍需要在合理的时间内完成设计，其计算复杂度仍十分重要，因此3D超大规模MIMO简化宽覆盖预编码设计方法变得更加重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D超大规模MIMO系统宽覆盖预编码生成方法及装置，能够在确保同步性能的同时，进一步降低计算复杂度。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3D超大规模MIMO系统宽覆盖预编码生成方法，包括：

步骤S1、生成两组长度为M_z且互相关为零的互补序列集和每组序列集都满足序列之间相互正交并且相同位置元素模平方和为常数，同时每组序列集的角度功率谱目标函数均为a_z(u)，其中M_z为面阵天线阵列每一垂直列上的天线个数，r为传输数据流数；

步骤S2、生成一对长度为M_x的互补序列φ和该互补序列对元素恒模并满足非零元位置互补，同时其角度功率谱之和的目标函数为a_x(v)，其中M_x为面阵天线阵列每一水平行上的天线个数；

步骤S3、根据步骤S1中生成的两组互补序列集以及步骤S2中生成的互补序列对，再基于生成第i流上M_x×M_z宽覆盖预编码矩阵，其中上标T表示转置函数，表示克罗内克积。