[发明专利]多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码设计方法

说明书

本发明公开了一种多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码设计方法，包括建立基于精细化波束的后验信道模型，并据此建立逐基站功率约束的多小区协作大规模MIMO加权遍历和速率最大化问题；将该问题依次转化为逐基站功率约束的虚拟MIMO加权遍历和速率最大化问题，满足逐基站功率约束的黎曼子流形上的加权遍历和速率最大化问题，迭代求解满足逐基站功率约束的黎曼子流形上的加权遍历和速率的替代函数的最大化问题；最后，在不同基站间交替求解加权遍历和速率的替代函数的最大化问题，得到多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码迭代设计。本发明可以抵御信道估计误差、信道老化、以及信道相关性对多小区协作大规模MIMO系统和速率性能带来的影响。

技术领域

本发明涉及一种多小区协作预编码设计方法，尤其涉及一种多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码设计方法。

背景技术

大规模多输入多输出(MIMO,multiple-input multiple-output)技术在基站布置大量天线，能够在相同的时频资源上同时服务大量用户。频谱效率和功率效率上的极大提升，使得大规模MIMO成为5G无线通信的关键技术。与此同时，不同用户共享相同的时频资源带来的干扰可能使得大规模MIMO的性能增益大打折扣。

在大规模MIMO系统中，干扰抑制主要由下行预编码来实现。线性预编码以较低的复杂度逼近了最优性能，在实际中得到广泛使用。在有关大规模MIMO线性预编码的研究中，绝大多数都以精确信道信息为基础，而在实际中无法获得精确的信道信息。为了保证大规模MIMO实际系统的性能，在非完美信道状态信息条件下的线性预编码设计至关重要。

另一方面，通过基站间的合作，多小区技术可以进一步提升大规模MIMO系统的性能。在多小区协同技术中，每个用户只由单个基站服务。每个基站通过规避其他小区的干扰进行协同预编码，可以有效缓解小区间干扰，提升系统和速率性能。在多小区协作技术中，如图1所示，基站间通过交互信道信息以及用户数据信息，使得同一个用户可以被多个基站同时服务。相比于多小区协同技术，多小区协作技术使得系统的和速率性能获得进一步提升。一些关于多小区协作大规模MIMO系统的早期工作假设所有基站都已知网络范围内的信道状态信息，并将其传输到所有用户终端。这两个理论上的假设是不切实际的，可能分别导致信道状态信息和数据共享的巨大前端传输信令，以及巨大的计算复杂性。最近，以用户为中心的多小区协作大规模MIMO系统吸引了更多的兴趣，其中每个用户终端由提供最佳信道条件的基站子集服务。通过控制向相应的用户终端提供服务的每个基站子集的规模，减少了信道状态信息和数据共享的信令开销，并降低了计算复杂度。对于多小区协作大规模MIMO系统的传输，称所有基站都具有网络范围的信道状态信息并传输到所有用户终端的传输为全服务策略。作为对比，称以用户为中心的多小区协作大规模MIMO系统的传输为部分服务策略。

为了有效抵抗信道老化、信道估计误差、以及信道相关性带来的影响，相关文献已经研究了在单小区大规模MIMO系统以及多小区协同大规模MIMO系统中，如何利用后验信道模型进行鲁棒预编码。到目前为止，尚无基于精细化波束的后验信道模型的多小区协作鲁棒预编码的研究。

发明内容

本发明提出一种多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码设计方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

多小区协作大规模MIMO鲁棒预编码设计方法包括以下步骤：

(1)建立各用户的基于精细化波束的后验信道模型，并据此建立逐基站功率约束的多小区协作大规模MIMO加权遍历和速率最大化问题；

(2)将逐基站功率约束的多小区协作大规模MIMO加权遍历和速率最大化问题转化为等价的逐基站功率约束的虚拟MIMO加权遍历和速率最大化问题；

(3)将逐基站功率约束的虚拟MIMO加权遍历和速率最大化问题转化为满足逐基站功率约束的黎曼子流形上的加权遍历和速率最大化问题；