适用于大规模mimo的天线选择方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线多天线通信领域，尤其是一种能够适用于大规模MIM0的天线选 择方法和系统
【背景技术】
[0002] 大规模MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)具有更高的传输速率，更强的链 路可靠性，并能够显著地降低功率消耗，因此引起了人们的广泛关注，并成为下一代移动通 信网络（5G)的候选技术之一。由于它能够在基站部署成千上百根的天线，一度困扰常规 MM0技术的难题，比如丰富的散射环境，对大规模MM0来说已经不再是个问题，因为在这 么巨大的信道空间中（用户天线数目的）独立信道一定会存在。
[0003] 但是，随着天线数目的增加，系统的造价以及相应信号处理的负担也越来越无法 承受。为了降低造价，并减少相应的信号处理负担，同时最大限度地保留巨大数目的天线所 带来的性能增益，使用发射天线选择技术就显得必不可少。使用发射天线选择技术，可以降 低所需要的射频（RF)模块的数量，从而降低系统的造价，功率损耗，以及庞大的数字信号 处理负担。
[0004] 虽然最优的发射天线子集可以通过穷举法来得到，但是，穷举法的计算复杂度随 着可用天线数目的增加成指数级增长。所以说，在大规模的MIM0系统中，由于可用的天线 数目过于庞大，穷举法是不实用的，有时甚至是无法使用的。
[0005] 在常规的MM0系统中，也有很多低复杂度的，以获取一个次优解为目标的算法。 但是，这些算法并不适合在大规模MIM0中实时应用。例如，有文献提出的算法受制于其"局 部搜索"的特点，在一些极端的例子下会遭受可观的性能损失。
[0006] 另一些技术在实施的过程中存在很多的矩阵操作，并需要很大的计算空间，这同 样不太适合在大规模MM0系统中实时应用。算法能够在系统中实时应用需要相当的可靠 性，并且需要在规定的时间和计算空间中完成。
【发明内容】
[0007] 发明目的：一个目的是提供一种适用于大规模MM0的天线选择方法，以解决现有 技术的上述问题，降低复杂度和计算空间。另一个目的是提供一种适用于大规模MIM0的天 线选择系统。
[0008] 技术方案：一种适用于大规模MIM0的天线选择方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1、估计信道参数，建立信道矩阵，并获得待选信道子矩阵和剩余信道矩阵； [0010] 步骤2、基于所述待选信道子矩阵和剩余信道矩阵，计算并获得符合条件的优选信 道矩阵；
[0011] 步骤3、将所述优选信道矩阵反馈到发射端。
[0012] 在进一步的实施例中，获得待选信道子矩阵包括：
[0013] 采用随机排列的方式从可用的发射天线中选择天线并建立选择矢量31 = randperm(Nt);根据选择矢量it建立待选信道子矩阵Hsel=H(:，it(1 :Nr))和剩余信道 矩阵Hleft=H(:，（Jr(Nr+1:Nt)));
[0014] 其中，Nt为可用的发射天线数量，H表示信道矩阵；接收天线数量；H( :，Jr) 对矩阵H的列矢量根据向量JT被重新排列后的矩阵，Hsel是矩阵H(:，的前Nr列，Hleft 是其余的部分。
[0015]在进一步的实施例中，所述步骤2具体为：计算判决矩阵W=i^;计算 W(i，：）XHleft( :，j);i= 1，2，…Nr;j=l，2...Nt-Nr;
[0016] 如果|对任意的i，j;均有W(i，:）XHlrft( :，j) |大于1，则交换it⑴和it(j+Nr) 的值，即交换Hsel的i列和Hlrft的j列，并重新根据选择矢量Jr建立待选信道子矩阵和剩 余信道矩阵；否则输出该矩阵，即为优选信道矩阵。
[0017] 在进一步的实施例中，迭代更新判决矩阵的步骤进一步为：
【主权项】
1. 一种适用于大规模MIMO的天线选择方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、在接收端估计信道参数，建立信道矩阵，并获得待选信道子矩阵和剩余信道矩 阵； 步骤2、基于所述待选信道子矩阵和剩余信道矩阵之间的列交换，计算并获得符合条件 的优选信道矩阵； 步骤3、将所述优选信道矩阵所标示的发射天线编号反馈到发射端。
2. 如权利要求1所述的适用于大规模MIM0的天线选择方法，其特征在于，获得待选信 道子矩阵包括： 采用随机排列的方式从可用的发射天线中选择天线并建立选择矢量=randperm(Nt);根据选择矢量Jr建立待选信道子矩阵Hsel=H(:，Jr(1 :Nr))和剩余信道 矩阵Hleft=H(:，（Jr(Nr+1:Nt))); 其中，Nt为可用的发射天线数量，H表示信道矩阵；N接收天线数量；H(:，Jr)对矩 阵H的列矢量根据向量JT被重新排列后的矩阵，Hsel是矩阵H(:，的前Nr列，1#是 其余的部分。
3. 如权利要求1或2所述的适用于大规模MIM0的天线选择方法，其特征在于，所述步 骤2具体为：计算判决矩阵W=i/S-j;计算W(i，：)Hleft( :，j);i= 1，2，…Nr;j= 1，2… Nt-Nr; 如果对任意的i，j，有|W(i，：)Hlrft( :，j) |大于1，则交换it⑴和it(j+Nr)的值， 即交换Hsel的i列和Hlrft的j列，并重新根据选择矢量Jr建立待选信道子矩阵和剩余信道 矩阵；否则输出该待选信道子矩阵，即为优选信道矩阵。
4. 如权利要求3所述的适用于大规模MIM0的天线选择方法，其特征在于，迭代更新判 决矩阵的步骤进一步为：
其中ei表示第i个元素为1的单位向量，Wn表示W第n次迭代时得到的矩阵，〃u表 示氏#第n次迭代时得到的矩阵。
5. -种适用于大规模MIM0的天线选择系统，其特征在于，包括： 第一模块，用于在接收端估计信道参数，建立信道矩阵，并获得待选信道子矩阵和剩余 信道矩阵； 第二模块，用于基于所述待选信道子矩阵和剩余信道矩阵之间的列交换，计算并获得 符合条件的优选信道矩阵； 第三模块，用于将所述优选信道矩阵所标示的发射天线编号反馈到发射端。
6. 如权利要求5所述的适用于大规模MIM0的天线选择系统，其特征在于， 所述第一模块包括待选信道子矩阵确定模块，其采用随机排列的方式对可用的发射天 线进行随机排列并建立选择矢量n=randperm(Nt);根据选择矢量JT建立待选信道子矩 阵Hsel=H(:，Jr(1 :〇)和剩余信道矩阵氏也=H(:，（Jr(Nrt:Nt))); 其中，Nt为可用的发射天线数量，H表示信道矩阵；N接收天线数量；H(:，Jr)对矩 阵H的列矢量根据向量JT被重新排列后的矩阵，Hsel是矩阵H(:，的前Nr列，1#是 其余的部分。
7. 如权利要求5所述的适用于大规模MIMO的天线选择系统，其特征在于，所述第二模 块具体用于：计算判决矩阵W=//」；计算W(i，：)Hleft( :，j);i= 1，2，…Nr;j= 1，2… Nt-Nr; 如果对任意的i，j，有|W(i，：)Hlrft( :，j) |大于1，则交换it⑴和it(j+Nr)的值， 即交换Hsel的i列和Hlrft的j列，并重新根据选择矢量Jr建立待选信道子矩阵和剩余信道 矩阵；否则输出该待选信道子矩阵，即为优选信道矩阵。
8. 如权利要求5所述的适用于大规模MIMO的天线选择系统，其特征在于，所述第二模 块采用如下方法迭代更新判决矩阵W=i^」：
其中ei表示第i个元素为1的单位向量，Wn表示W第n次迭代时得到的矩阵，表示Hlrft第n次迭代时得到的矩阵。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于大规模MIMO的天线选择方法及系统，其中，所述方法包括如下步骤：在接收端估计信道参数，建立信道矩阵，并获得待选信道子矩阵和剩余信道矩阵；基于所述待选信道子矩阵和剩余信道矩阵之间的列交换，计算并获得符合条件的优选信道矩阵；将所述优选信道矩阵所标示的发射天线编号反馈到发射端。本发明显著降低了计算的复杂度，明显节约了计算空间，具有优异的使用性能，非常适合在大规模MIMO系统中应用。
【IPC分类】H04B7-04, H04B7-08
【公开号】CN104579439
【申请号】CN201410481934
【发明人】方冰, 钱祖平, 邵尉, 钟卫
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年9月19日