[发明专利]多小区多用户大规模MIMO系统中基站合理分布的方法

摘要

多小区多用户大规模MIMO系统中基站合理分布的方法，假定系统有L个小区，每个小区有一个配备有M根天线的基站，同时，每个基站支持K个单天线用户，每个用户选择标准的4N2‑QAM星座，第l小区的第k个用户与基站之间的大尺度衰落系数为βkl，k＝1,2,...,K，l＝1,2,...,L，本发明提出大尺度衰落系数βkl应该满足下列准则：其中为大于零的实数，并且越大，系统性能越好。其中大尺度衰落系数与路径损耗之间的关系：10log10βkl＝‑PL(f,d)+χσ其中，PL(f,d)为距离为d、频率为f的路径损耗，χσ为阴影衰落；选取一个路径损耗模型，给予系统指标数γk一个取值作为合理分布基站的准则，从而求出基站与干扰用户之间的合理间距。

主权项

多小区多用户大规模MIMO系统中基站合理分布的方法，所述MIMO系统包括L个小区，每个小区有一个配备有M根天线的基站，支持K个单天线用户，每个用户选择标准的4N2‑QAM星座，所述基站合理分布的方法包括以下步骤：(1)确定训练序列和发送信号假定第l小区的第k个用户先发送长度为τ的训练序列，即Φkl＝(φkl,1,φkl,2,...,φkl,τ)，其中φkl,1,φkl,2,...,φkl,τ，k＝1,2,...,K是第l个小区的第k个用户分别在第1,2,...,τ时刻发送的训练符号；令为K×τ维矩阵，为LK×τ维的训练矩阵，上标t表示向量或矩阵的转置；然后发送长度为T的信息序列，形成输入信号矩阵X，其中K×T维的Xl表示第l个小区的所有用户发送的信息符号；假设第一个基站与Φ和X对应的接收信号分别为：式中，Hl＝(hmkl)M×K表示第l个小区的所有用户与第一个小区基站之间的信道矩阵，信道矩阵H＝(H1,H2,...,HL)，维数为M×LK；表示第l个小区的所有用户与第一个小区基站的大尺度衰落系数，B＝diag(B1,B2,...,BL)；W0和W均表示加性高斯白噪声矩阵，它的元素是零均值单位方差的复高斯随机变量；ρ为平均接收信噪比；(2)信道分解第1步：对式(1)中的矩阵ΒΦ做奇异值分解，得到：式中，U0，V0分别是KL×τ，τ×τ维的酉矩阵，D0是τ×τ维的对角矩阵；第2步：定义一个新的矩阵P，令由酉矩阵的特性可知PBΦ＝BΦ，则式(1)可以重新写为如下形式：第3步：对式(4)中的矩阵PB做奇异值分解，即：其中Uτ，Vτ都是KL×τ维的酉矩阵，Dτ是τ×τ维的对角矩阵，其主对角线上的元素全部为正值；第4步：定义Hτ＝HUτ，使用等式IKL＝P+(IKL‑P)，则式(2)可以转换成一个等价系统模型：其中，Ητ是M×τ维的随机矩阵；(3)信道估计信道Ητ的估计值为：其中，Iτ是τ×τ维的单位向量。(4)参数计算对式(3)和式(5)中的矩阵U0、D0、V0以及Uτ、Dτ和Vτ进行具体的计算，得到等价系统模型可表述为如下形式：(5)系统分析将原系统等价地解释为如下系统：系统的信噪比为ρτ，即用户k采用以下星座：其中，QAMkl＝{z|z＝α1ψ+jα2ψ,α1,α2∈N}，N＝2μ，μ为整数，N＝{‑(2N‑1),‑(2N‑3),...,2N‑3,2N‑1}，k＝1,2,...,K，l＝1,2,...,L；为此，集合可以分成4N2部分：定义一系统指标数γk并满足下列条件：为大于零的实数，与z≠z′就会分开，从而系统的误码率就会降低；其中大尺度衰落系数与路径损耗之间的关系：10log10βkl＝‑PL(f,d)+χσ  (12)其中，PL(f,d)为距离为d、频率为f的路径损耗，χσ为阴影衰落；选取一个路径损耗模型，给予系统指标数γk一个取值作为合理分布基站的准则，根据式(11)、式(12)，从而求出基站与干扰用户之间的合理间距d。