本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中基于去相關(guān)的預(yù)編碼方法。

背景技術(shù)：

大規(guī)模mimo(multiple-inputmultiple-output，多入多出)系統(tǒng)因?yàn)槠涑錾念l譜效率和鏈路可靠性受到了大量關(guān)注。通過在基站端配備大量的天線，大規(guī)模mimo系統(tǒng)能夠同時(shí)在同頻段服務(wù)更多的用戶，同時(shí)大規(guī)模mimo系統(tǒng)可使通信更加穩(wěn)健、更加安全、更加有效。因此，大規(guī)模mimo系統(tǒng)被視為第五代無線通信系統(tǒng)非常有前景的一種技術(shù)。

對(duì)大規(guī)模mimo系統(tǒng)而言，多用戶之間的相互干擾相較于mimo系統(tǒng)會(huì)更加嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)性能的影響也更大。通過使用預(yù)編碼技術(shù)，充分利用信道狀態(tài)信息，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使各用戶接收到“純凈”的不受其它用戶干擾的信號(hào)，可以有效地消除多用戶干擾，從而大大提高系統(tǒng)容量、優(yōu)化系統(tǒng)性能。大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)已成為近年來的研究熱點(diǎn)。

在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，由于天線數(shù)量巨大，信道矩陣的維度也變得非常龐大。在傳統(tǒng)mimo發(fā)射機(jī)中常用的zf預(yù)編碼和mmse預(yù)編碼等在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中都因?yàn)轭A(yù)編碼矩陣計(jì)算過程中的大型矩陣求逆運(yùn)算而導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度異常大；目前已經(jīng)出現(xiàn)的大規(guī)模mimo預(yù)編碼方法當(dāng)中，基于超松弛迭代法的預(yù)編碼方法和基于共軛梯度法的預(yù)編碼方法大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。然而，這些低復(fù)雜度算法的收斂速度與天線之間的空間相關(guān)性緊密相關(guān)。當(dāng)平均每個(gè)用戶占有的基站天線數(shù)量很大時(shí)，上述算法收斂速度很快。但是，由于天線之間的相關(guān)性系統(tǒng)的自由度大大降低，這在某種程度上等同于降低了每個(gè)用戶平均占有的基站天線數(shù)量。此時(shí)，超松弛迭代預(yù)編碼方法和共軛梯度預(yù)編碼方法會(huì)出現(xiàn)很難收斂的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中基于去相關(guān)的預(yù)編碼方法，其目的在于通過去相關(guān)矩陣對(duì)信道進(jìn)行去相關(guān)；而后通過迭代算法實(shí)現(xiàn)計(jì)算復(fù)雜度較低的一階段預(yù)編碼；最后再結(jié)合去相關(guān)矩陣計(jì)算二階段預(yù)編碼信號(hào)，提升了預(yù)編碼信號(hào)計(jì)算過程中求逆步驟的迭代收斂速度，由此解決大規(guī)模mimo系統(tǒng)中常規(guī)迭代預(yù)編碼方法難以收斂的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中基于去相關(guān)的預(yù)編碼方法，所述方法包括以下步驟：

(1)獲取發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt；

(2)根據(jù)發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt計(jì)算去相關(guān)矩陣b，并利用去相關(guān)矩陣b對(duì)信道矩陣h進(jìn)行去相關(guān)，得到獨(dú)立信道矩陣hiid；

(3)利用去相關(guān)后的信道矩陣hiid和調(diào)制后的信號(hào)s計(jì)算一階段預(yù)編碼信號(hào)x1；

(4)利用去相關(guān)矩陣b和一階段預(yù)編碼信號(hào)x1計(jì)算得到二階段預(yù)編碼信號(hào)x，完成預(yù)編碼。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)具體為：所述發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt是接收端根據(jù)通信信道的統(tǒng)計(jì)信息得出，之后再反饋給發(fā)送端。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)包括：

(21)先對(duì)發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt進(jìn)行開方分解，再對(duì)開方后的矩陣求廣義逆，獲得去相關(guān)矩陣其中，表示廣義逆；

(22)根據(jù)公式獲得信道矩陣h，并將信道矩陣h右乘去相關(guān)矩陣b后獲得獨(dú)立信道矩陣hiid。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)包括

(31)預(yù)設(shè)變量預(yù)設(shè)變量由推得線性方程組利用迭代算法求解該方程組得到

(32)根據(jù)zf預(yù)編碼準(zhǔn)則，一階段預(yù)編碼信號(hào)表示為由推得結(jié)合得

進(jìn)一步地，所述步驟(4)具體為：由下式計(jì)算二階段預(yù)編碼信號(hào)x，

其中，||bx1||表示矩陣bx1的二范數(shù)，用于對(duì)預(yù)編碼后的信號(hào)的功率進(jìn)行歸一化。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)特征及有益效果：

(1)與一般的超松弛迭代預(yù)編碼算法和共軛梯度法預(yù)編碼算法相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)方法具有更快的預(yù)編碼迭代收斂速度；

(2)本發(fā)明提出的預(yù)編碼方法，便于操控，具有一定的可實(shí)施性及實(shí)用推廣價(jià)值，因而使得本發(fā)明方法可應(yīng)用于任何具有相關(guān)性的矩陣的求逆當(dāng)中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的基于去相關(guān)的預(yù)編碼算法的流程圖；

圖2是為本發(fā)明實(shí)施例及大規(guī)模mimo系統(tǒng)中常規(guī)的超松弛迭代預(yù)編碼算法和共軛梯度法預(yù)編碼算法實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼所需要的迭代次數(shù)與用戶數(shù)量的關(guān)系曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例及大規(guī)模mimo系統(tǒng)中常規(guī)的超松弛迭代預(yù)編碼算法和共軛梯度法預(yù)編碼算法實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼所需要的迭代次數(shù)與基站天線數(shù)量的關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所述為本發(fā)明一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中的基于去相關(guān)的預(yù)編碼方法的流程圖，具體包括以下步驟：

(1)獲取發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt；

所述的發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣是接收端根據(jù)通信信道的統(tǒng)計(jì)信息得出，之后再反饋給發(fā)送端；需要說明的是由于發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt利用的是通信信道的統(tǒng)計(jì)信息，因此不必在每個(gè)時(shí)隙都單獨(dú)計(jì)算。

(2)根據(jù)發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣rt計(jì)算去相關(guān)矩陣b并利用去相關(guān)矩陣b對(duì)信道矩陣h進(jìn)行去相關(guān)，得到獨(dú)立信道矩陣hiid；

在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中信道矩陣可表示為hiid表示獨(dú)立信道矩陣，rt表示發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣；根據(jù)zf均衡準(zhǔn)則可知，要計(jì)算去相關(guān)矩陣應(yīng)先對(duì)發(fā)送端的空間相關(guān)矩陣進(jìn)行開方分解，再對(duì)開方后的矩陣求廣義逆，即表示廣義逆；以信道矩陣h右乘去相關(guān)矩陣b即可得到獨(dú)立信道矩陣hiid。

(3)不同于其他方法直接使用信道矩陣h和調(diào)制后的信號(hào)s計(jì)算預(yù)編碼信號(hào)，我們利用的是去相關(guān)后的信道矩陣hiid和調(diào)制后的信號(hào)s計(jì)算一階段預(yù)編碼信號(hào)x1；

根據(jù)zf預(yù)編碼準(zhǔn)則，本發(fā)明中的一階段預(yù)編碼信號(hào)可表示為不難發(fā)現(xiàn)一階段預(yù)編碼信號(hào)x1的計(jì)算牽涉到了去相關(guān)信道矩陣hiid的求逆；然而在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，信道矩陣的維度相對(duì)傳統(tǒng)mimo系統(tǒng)變得非常巨大，信道矩陣的求逆的復(fù)雜度也將變得非常巨大；為了降低計(jì)算復(fù)雜度，可以將一階段預(yù)編碼信號(hào)x1中矩陣求逆部分的計(jì)算轉(zhuǎn)化為線性方程組的求解再利用常規(guī)的迭代算法求解方程組即可完成一階段預(yù)編碼信號(hào)的求解；具體為：預(yù)設(shè)變量變量可得線性方程組利用迭代算法求解該方程組便能得到結(jié)合一階段預(yù)編碼信號(hào)的表達(dá)式和的表達(dá)式可知，一階段預(yù)編碼信號(hào)能以較低復(fù)雜度計(jì)算出來即在本發(fā)明中由于該一階段預(yù)編碼矩陣使用的是去相關(guān)后的信道矩陣，沒有因?yàn)樘炀€的空間相關(guān)性造成自由度的損失，故而在使用迭代算法對(duì)該一階段預(yù)編碼矩陣進(jìn)行計(jì)算時(shí)將會(huì)獲得更快的收斂速度。

(4)利用去相關(guān)矩陣b和一階段預(yù)編碼信號(hào)x1計(jì)算得到二階段預(yù)編碼信號(hào)x，完成預(yù)編碼；

二階段預(yù)編碼信號(hào)的具體的計(jì)算為其中||bx1||表示矩陣bx1的二范數(shù)，用于對(duì)預(yù)編碼后的信號(hào)的功率進(jìn)行歸一化。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例及常規(guī)的超松弛迭代預(yù)編碼算法和共軛梯度法預(yù)編碼算法在固定天線基站數(shù)n＝100的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼所需要的迭代次數(shù)與用戶數(shù)量的關(guān)系曲線圖，如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼的迭代收斂速度相較于其他兩種迭代預(yù)編碼算法有顯著的提升；

圖3為分別為本發(fā)明實(shí)施例及常規(guī)的超松弛迭代預(yù)編碼算法和共軛梯度法預(yù)編碼算法固定用戶數(shù)k＝50的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼所需要的迭代次數(shù)與基站天線數(shù)量的關(guān)系曲線圖，如圖3所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)預(yù)編碼的迭代收斂速度相較于其他兩種迭代預(yù)編碼算法有顯著的提升。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。