一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，克服了现有技术中MIMO系统中通信能力仍需改进的问题。该发明专利技术含有以下步骤：一、根据SINR准则为所有用户设置预编码矩阵。二、在基站总功率受限条件下，以各个用户的信干噪比SINR为准则分配功率，其分为分别定义语音用户和视频用户的数量；分别预设语音用户和视频用户的信干噪比；分别为语音用户和视频用户各自分配一半的发送功率；分别求出语音用户和视频用户各自的发送功率。本技术将大规模MIMO系统从单业务扩展为多业务，同时提出一个两种业务共存于一个系统的预编码方案，从理论上也适应现阶段5G通信业发展并提供一定参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法
本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法。
技术介绍
大规模MIMO系统是指中心基站部署了大量天线的大规模阵列天线系统。这样可以简化接收端对信号的处理，就可以使频率效率和能量效率在原来常规MIMO基础是提升几个数量级。同时，可以带来显著的信道容量提升或分集增益，因此近年来受到了普遍的重视。因为在基站终端通信模式下，多用户MIMO系统在保持高容量的同时可以降低对终端设备的射频组件的要求(减少射频部件和天线的数量)，符合系统设计的实际需求，因而近期受到了广泛的关注，[参考文献1LuL，LiGY，LeeAL，etal.AnOverviewofMassiveMIMO:BenefitsandChallenges[J].IEEEJournalofSelectedTopicsinSignalProcessing，2014，8(5):742－758]。一般将预编码分为非线性预编码和线性预编码两种。脏纸编码DPC(dirtypapercode)是非线性预编码的代表，[参考文献2，WeingartenH，SteinbergY，ShamaiS.ThecapacityregionoftheGaussianMIMObroadcastchannel[C]//ProceedingsofIntemadonalSymposiumonInformationTheory.2015：174]，在理论上可获得最优的系统容量，但其复杂度很高。线性预编码在复杂度方面得到了大大减化，[参考文献3，SPENCERQH,SWINDLEHURSTALEE,MARTINH.Zero2forcingmethodsfordownlinkSpatialMultiplexinginmultiuserMIMOChannels[J].IEEETransSignalProcessing,2004,52:461-471.]块对角化BD(blockdiagnalization)预编码可以完全消除CCI，但要满足基站发射天线数大于用户总天线数。针对上述不足，有学者提出信漏噪比SLNR[参考文献4，SEDEKM,TARIGHATA,SAYEDAH.ALeakage-BasedPrecodingSchemeforDownlinkMulti2UserMIMOChannels[J].IEEETransactionsonWirelessCommuni2cations,2014,6(5):171121721.]在消除CCI的过程中同时兼顾对噪声的抑制，美中不足的是该算法未对功率进行优化分配。参考文献5[孙丽红,李鸿林.基于多用户MIMO系统的下行链路的预编码[J],信息技术，2009，06-0148–03]在块对角化基础上，将各个用户接收端信干噪比SINR一致为原则进行功率优化，相比BD有更好的容量表现。上述参考文献都是以一种业务为研究对象，没有对多种业务共存于一个MIMO系统进行研究。参考文献[4]是以多业务为研究对象取得了良好效果。本申请正是受以上参考文献的启发将MIMO预编码从一种业务扩展到多种业务进行研究。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中MIMO系统中通信能力仍需改进的问题，提供一种高效的基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法。本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法：含有以下步骤：一、根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵；二、根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率。优选地，根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵包括以下步骤：1.1、构建模型并求出用户的接收信号；1.2、根据用户k的检测矩阵Dk，得出用户k的检测结果；1.3、根据用户k的接收信号信干噪比SINR和用户k的泄漏，得出用户k的信号泄露噪声比：1.4、基于信漏噪比SLNR最大化准则，得到用户k的SLNR预编码矩阵。优选地，所述根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率包括以下步骤：2.1、分别定义M个语音用户和K-M个视频用户的数量，其中K为用户总数；2.2、分别预设语音用户和视频用户的信干噪比SINR；2.3、分别为语音用户和视频用户各自分配一半的发送功率；2.4、分别求出语音用户和视频用户各自的发送功率。优选地，根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵包括以下步骤：假设系统由一个含M个天线的基站和K个用户构成，用户k的天线数为Nk，用户k传输的数据xk为Lk×1维的向量，发射之前首先通过与M×Lk维的预编码矩阵tk相乘后，再将所得数据传输至M个发射天线上，用户k的信道矩阵Hk，其维数为Nk×M，各个元素为hi,j，hi,j表示基站端第j个发射天线到用户k的第i个接收天线间的衰落程度，则用户k的接收信号为：上式中，nk为用户k的Nk×1维的加性复高斯噪声，第一项为用户k的期望信号，第二项为干扰信号，设用户k的检测矩阵为Dk，则用户k的检测结果表示为由式可知，接收机检测前，用户k接收信号信干噪比：其中，||·||2代表求迹，根据信漏噪声比SLNR算法，用户k的泄漏表示为定义用户k的泄漏，得出用户k的信号泄露噪声比：基于信漏噪比SLNR最大化准则，得到用户k的SLNR预编码矩阵，其过程如式将矩阵的广义特征值按降序排列，对应前B个特征向量组成的矩阵Mj(:,1:B)即为预编码矩阵。优选地，所述根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率包括以下步骤：设系统内有K个用户，两类业务为语音业务和视频业务，设语音用户数为M，且定义为一类用户其信干噪比SINR1＝γ；视频用户数为(K-M)，定义为二类用户其信干噪比SINR2＝α·γ，进行功率分配的建模为：结合式可得和经过恒等变换，以上所得两式表示为：令令p＝[p1,p2,…pM]T，则式表示为：其中1是元素为1的M×1的向量，当语音用户和视频用户总功率相等，且都等于基站总功率一半即Pt/2,左右两边同乘以1T，经过恒等变换可得：令p′＝[p1,p2…pM,1]T，联立式和式可得令其中非负向量p′为矩阵B的最大特征值所对应的特征向量，满足式子的最优功率分配为矩阵B的最大特征值对应的特征向量的前M个元素，其中第M+1个元素归一化为1，设b为B的最大特征值对应的特征向量，令上式中，bM+1为b向量的第M+1个元素，则最优功率分配为向量b的前M元素，表示为：p＝[b1,b2…bM]，上式为M个语音用户功率分配的过程，视频用户功率的分配过程和语音用户相同，不同的是视频用户在信干噪比系数γ方面有所下降，计算步骤也相同。与现有技术相比，本专利技术基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法具有以下优点：传统多输入多输出(MIMO)系统，随着大规模MIMO系统的天线数量大幅增加，系统的容量大幅提升、误比特率也得到下降，但同时带来预编码矩阵维度升高，算法复杂度、系统成本相应升高的问题。相比文献5本申请应用SLNR预编码，可以不受收发天线数的限制条件，还可以扩展用户业务种类，更适合当代通信发展要求。本申请在研究MIMO系统预编码的基础上，提出一种多业务预编码方案，可以保证不同业务具有不同的信干噪比SINR。即将大规模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，其特征在于：含有以下步骤：一、根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵；二、根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，其特征在于：含有以下步骤：一、根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵；二、根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率。2.根据权利要求1所述的基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，其特征在于：根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵包括以下步骤：1.1、构建模型并求出用户的接收信号；1.2、根据用户k的检测矩阵Dk，得出用户k的检测结果；1.3、根据用户k的接收信号信干噪比SINR和用户k的泄漏，得出用户k的信号泄露噪声比：1.4、基于信漏噪比SLNR最大化准则，得到用户k的SLNR预编码矩阵。3.根据权利要求1所述的基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，其特征在于：所述根据各个用户的信干噪比SINR准则对其分配功率包括以下步骤：2.1、分别定义M个语音用户和K-M个视频用户的数量，其中K为用户总数；2.2、分别预设语音用户和视频用户的信干噪比SINR；2.3、分别为语音用户和视频用户各自分配一半的发送功率；2.4、分别求出语音用户和视频用户各自的发送功率。4.根据权利要求1所述的基于大规模MIMO系统多业务预编码的方法，其特征在于：根据信漏噪比SLNR准则为所有用户设置预编码矩阵包括以下步骤：假设系统由一个含M个天线的基站和K个用户构成，用户k的天线数为Nk，用户k传输的数据xk为Lk×1维的向量，发射之前首先通过与M×Lk维的预编码矩阵tk相乘后，再将所得数据传输至M个发射天线上，用户k的信道矩阵Hk，其维数为Nk×M，各个元素为hi,j，hi,j表示基站端第j个发射天线到用户k的第i个接收天线间的衰落程度，则用户k的接收信号为：上式中，nk为用户k的Nk×1维的加性复高斯噪声，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵利国，董汉磊，齐萌，王新新，王新武，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41