[发明专利]一种天波大规模MIMO鲁棒预编码传输方法

说明书

本发明公开了一种天波大规模MIMO鲁棒预编码传输方法。天波大规模MIMO通信基站利用基于斯莱皮恩变换的鲁棒预编码器生成发送信号，实现下行鲁棒预编码传输。基于斯莱皮恩变换的鲁棒预编码由斯莱皮恩变换域鲁棒预编码和斯莱皮恩反变换模块构成，斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器为低维鲁棒预编码器，斯莱皮恩反变换利用斯莱皮恩基将变换域发送信号变换到天线域。本发明可以解决天波大规模MIMO下行鲁棒预编码传输中设计复杂度和实现复杂度高的问题，能够明显提升天波通信的频谱效率、功率效率以及传输速率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种天波大规模MIMO鲁棒预编码传输。

背景技术

天波通信的通信频段一般在3至30MHz，该频段的电磁波能够通过电离层反射和地面反射实现超视距传输，是一种重要的远距离通信方式。然而在频谱资源有限和电离层环境复杂的劣势下，工作在传统SISO传输架构下的天波通信的通信速率通常相对低。大规模MIMO在基站部署大量的天线同时服务多用户，从而显著提升通信速率和频谱效率，成为了5G无线通信的关键技术。因此，将大规模MIMO技术引入天波通信十分有益。

针对地面蜂窝通信系统的大规模MIMO下行鲁棒预编码问题，现有的方法大部分是在空间域形成和求解，其维度等于基站天线数。当大规模MIMO系统维度很大时，求解高维的空间域鲁棒预编码器设计问题的复杂度是很高的。另一方面，天波大规模MIMO信道的角度扩展很小，波束域信道呈现显著的稀疏性，因此可以利用该特性在保证接近最优的和速率性能的同时降低鲁棒预编码器的设计复杂度和预编码的实现复杂度。

发明内容

技术问题：本发明目的在于提供基于斯莱皮恩Slepian变换的天波大规模MIMO鲁棒预编码传输方法，该方法结合天波大规模MIMO波束域信道的稀疏特性，利用调制斯莱皮恩序列，设计了相应的低维鲁棒预编码器，可以大幅提升天波通信的系统性能，并显著降低空间域鲁棒预编码器的设计复杂度或预编码的实现复杂度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种天波大规模MIMO鲁棒预编码传输方法具体如下：

步骤1.天波大规模MIMO通信采用基于斯莱皮恩变换的下行鲁棒预编码传输方案；

步骤2.基于各用户波束基信道表示以及变换域信道信息，针对各用户分别设计或联合设计一组调制斯莱皮恩序列，构成斯莱皮恩变换矩阵，建立多用户的遍历和速率上界模型；

步骤3.设计生成最大化遍历和速率上界的斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器；

步骤4.对发送信号利用设计生成的斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器在变换域进行预编码，生成变换域鲁棒预编码信号；

步骤5.将变换域鲁棒预编码信号通过斯莱皮恩反变换生成发送信号，实现与一组用户的下行预编码传输。

所述波束基信道表示为将空间域信道建模为波束矩阵乘以波束域信道矢量的形式；所述变换域信道信息包括估计得到的斯莱皮恩变换域瞬时信道信息和统计信道信息。

所述波束矩阵为选定一组空间方向余弦采样格点对应的舵矢量构成的矩阵；斯莱皮恩变换矩阵根据各用户的非零波束索引集合设计。

所述各用户的非零波束索引集合为各用户波束域信道的非零元素所在的波束位置索引构成的集合。

所述斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器，设计优化目标为最大化系统遍历和速率上界，包括分离斯莱皮恩变换域的鲁棒预编码器设计和联合斯莱皮恩变换域的鲁棒预编码器设计。

所述分离斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器设计利用针对各用户设计的调制斯莱皮恩序列、各用户信道信息、各用户变换域预编码器更新遍历和速率上界表达式，将空间域鲁棒预编码器设计问题转换为分离斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器设计问题，且分离斯莱皮恩变换域鲁棒预编码器的迭代设计包括如下步骤：