[发明专利]一种低精度量化大规模MIMO中最优正则预编码方法

摘要

本发明公开了一种低精度量化大规模MIMO中最优正则预编码方法，在大规模MIMO系统中，基站需要配置数十甚至上百根天线。为了降低硬件成本和系统功耗，基站端每根天线配置低精度量化的DAC，用户端一般配置有限精度量化的ADC。此外，由于基站端天线数目巨大而设备体积受限，天线阵列布置密集，多天线空间信道不独立，存在相关性。本发明综合考虑低精度量化和信道相关性的影响，在最大化每个用户接收信干噪比的准则下优化基站端的正则预编码方法。给定基站天线数目，DAC量化精度，以及信噪比，本发明能够迅速确定最优的正则预编码计算形式。本发明计算简单，对大规模MIMO系统的下行链路传输具有积极意义。

主权项

1.一种低精度量化大规模多输入多输出系统(MIMO)中最优正则预编码方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)在大规模MIMO系统中，基站配置N根发射天线，其中N为正实数，每根天线配置低精度量化的数模转换单元(DAC)；基站同时服务于M个用户终端，M为正实数，每个用户终端配置单根接收天线并配置有限精度量化的模数转换单元(ADC)；系统中下行信道矩阵H可以表示为其中表示不相关的瑞利信道矩阵，其维度为MxN，R表示基站侧天线阵列的相关性矩阵，其维度为NxN；(2)下行链路中每个用户的等效接收信干噪比γ按如下公式计算：其中，γ0表示系统信噪比；ρAD和ρDA分别表示ADC和DAC的衰减因子，取值由其量化精度决定；ξ、A和B表示信道相关性对γ的影响参数，其计算公式如下：其中，λ表示相关矩阵R的特征值，E{·}表示对λ求数学期望；(3)为了优化正则预编码中的正则系数α以提高系统传输速率，求解以下优化问题maxαγ (6)(4)针对步骤(3)的优化问题，通过求解方程求得正则化系数α的最优值计算公式为:(5)在下行链路传输时，采用正则预编码，预编码矩阵计算公式为P＝c(HHH+αI)-1HH (8)其中正则化系数α的取值根据公式(7)计算获得；c表示功率控制参数，由下式确定其中P表示发送功率，Tr{·}表示求矩阵的迹，I表示单位矩阵，上标()H表示矩阵的共轭转置；(6)下行链路传输时，基站将待发送的数据向量乘以步骤(5)中得到的预编码矩阵P，再进行发送，获得最优的速率性能。