一种适用于大规模MU-MIMO系统的恒定包络预编码技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于大规模MU

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大规模MU
‑
MIMO系统的恒定包络预编码


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种适用于大规模MU
‑
MIMO系统的恒定包络预编码。

技术介绍

[0002]CE预编码已得到广泛关注，因为它有助于在BS使用低成本和高功率效率的射频(RF)功率放大器。作为CE预编码的一种特殊情况，基于最小均方误差(MMSE)的1位数模转换器(DAC)预编码方法已得到解决。为了减少1位DAC预编码方法产生的性能损失，一种3位CE预编码方法被提出，与1位CE预编码不同，3相位CE预编码使基于相位的DAC生成8相移键控(8
‑
PSK)信号，这导致相应的CE预编码问题更加难以处理。又有一种称为“C3PO”的新算法来解决问题，尽管他的性能明显优于1位预编码方案，但是只能应用于3位预编码方案；另一种迭代离散估计(IDE)算法来解决大规模MU
‑
MIMO和低分辨率DAC的有限字母预编码问题的方法被提出，IDE算法可以实现良好的性能，但是其复杂性很高；又有一种低复杂度的IDE版本IDE2，以解决相同的问题，以便在复杂度和性能之间进行权衡，该方法基于梯度投影(GP)算法，解决了每个BS天线上带有有限分辨率移相器(PS)的CE预编码的问题，该方法使用交替最小化的思想分别优化预编码矢量和因子，并且也可以应用于任何比特预编码方案。它的BER性能接近C3PO算法，但是满足停止条件所需的迭代次数仍然太大。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种低复杂度的，简单的封闭形式的适用于大规模MU
‑
MIMO系统的恒定包络预编码方案，并且避免了复杂矩阵求逆的计算，同时能够适用于任意相位情况。
[0004]技术方案：本专利技术所述的一种适用于大规模MU
‑
MIMO系统的恒定包络预编码，包括有以下步骤：
[0005]S1：设置在具有N根天线基站(BS)的单小区大规模MU
‑
MIMO下行链路系统中，该系统同时为M个单天线用户提供服务，在基站中输入向量通过CE预编码器预编码成发送向量所述为星座点集，χ
p
是具有有限分辨率移相器的数模转换器(DAC)，所述本系统中的CE预编码瞬时发射功率始终满足下行信道输入输输出关系表示为：y＝HX+n。
[0006]S2：设计具有有限分辨率移相器(PS)的CE预编码，通过联合优化预编码发送向量X和预编码因子β来最小化输入向量s和估计信号之间的均方误差(MSE)，表示为：E
n
表示对n的期望。
[0007]S3：设定系统工作在高信噪比(SNR)范围内，即N0→
0，将CE预编码问题改写如下：
[0008][0009]S4：所述预编码发送向量X和预编码因子β耦合，通过在公式(1)中固定β(X)来交替寻址X(β)，生成的迭代包括以下两个步骤：
[0010][0011][0012]S5：利用近似求解方法，求解公式(3)，得到预编码因子
[0013]S6：放松限制到将公式(2)重写为:
[0014][0015]所述X的iλ＞1次更新时，β
i
不变，忽略预编码因子β
i
的上标，令y＝βX以及将公式(4)再此改写为：
[0016][0017]S7：使用已有的ADMM方法，在公式(5)内引入辅助变量v，求解公式(5)等价于求解：
[0018][0019]公式(6)的增广拉格朗日表达式为：
[0020][0021]其中为对偶变量，ρ＞0为惩罚参数，相应的ADMM由如下迭代组成：
[0022][0023][0024]u
i+1
＝u
i
+y
i+1
‑
v
i+1
ꢀꢀꢀ
(10)
[0025]S8：基于ADMM算法来求解公式(8)，即求解等价优化的公式为：对变量y求导，使其等于0，求得公式(8)的封闭解：
[0026]y
i+1
＝(H
H
H+ρI)
‑1(H
H
s+ρ(v
i
‑
u
i
))
ꢀꢀꢀ
(11)
[0027]S9：使用线性化ADMM方法降低计算y
i+1
中H
H
H+ρI矩阵的逆矩阵，最后通过简单的求梯度求解公式(8)，得到如下解：
[0028][0029]S10：求解公式(9)，即求解等价优化的公式：可将其分解为以下N个子问题：
[0030][0031]对子问题解析求解，推导出显示解为：
[0032][0033]S11：进行算法的仿真实验，运用软件MATLAB进行仿真，验证理论分析。
[0034]作为优选，所述S5中近似解法求解公式(3)包括以下步骤：
[0035]S5.1：利用近似解法，得到如下表达式：
[0036][0037]其中预编码因子β≈γ
‑1；
[0038]S5.2：最小化目标函数得到如下表达式：
[0039][0040]作为优选，所述S9中使用线性化ADMM方法来降低复杂度来计算矩阵的逆包括以下步骤：
[0041]S9.1：将ADMM方法公式中的二次项线性化，得到：
[0042]其中λ＞0时一个近似参数，g
i
＝H
H
(Hy
i
‑
s)，g
i
表示在y＝y
i
上的梯度；
[0043]S9.2：将公式代入计算，省略右侧第一项，得到近似解公式：
[0044][0045]作为优选，所述S9.1中0＜λ＜σ(HH
H
),其中σ表示矩阵的谱半径。
[0046]有益效果：本专利技术提供了一种低复杂度的CE预编码方案，提出的LADMM算法使用有限分辨率PS解决了CE预编码，通过共同优化预编码向量和预编码因子来实现该方案，其中使用线性化技术替换子问题的目标函数中的二次项，最终获得了一个简单的封闭形式的解决方案，并且避免了复杂矩阵求逆的计算，同时能够适用于任意相位情况。
附图说明
[0047]图1是大规模MU
‑
MIMO下行链路系统；
[0048]图2是不同方法的收敛图比较；
[0049]图3是不同方法的BER比较。
具体实施方式
[0050]下面通过图1
‑
3来详细阐述本申请。
[0051]本申请提出的减少复杂度和快速收敛方法，主要包括以下几个步骤：
[0052]S1：设置在具有N根天线基站(BS)的单小区大规模MU
‑
MIMO下行链路系统中，该系统同时为M个单天线用户提供服务，在基站中输入向量通过CE预编码器预编码成发送向量所述为星座点集，χ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大规模MU
‑
MIMO系统的恒定包络预编码，其特征在于：包括有以下步骤：S1：设置在具有N根天线基站(BS)的单小区大规模MU
‑
MIMO下行链路系统中，该系统同时为M个单天线用户提供服务，在基站中输入向量通过CE预编码器预编码成发送向量所述θ为星座点集，χ
p
是具有有限分辨率移相器的数模转换器(DAC)，所述本系统中的CE预编码瞬时发射功率始终满足下行信道输入输出关系表示为：y＝HX+n。S2：设计具有有限分辨率移相器(PS)的CE预编码，通过联合优化预编码发送向量X和预编码因子β来最小化输入向量s和估计信号之间的均方误差(MSE)，表示为：E
n
表示对n的期望。S3：设定系统工作在高信噪比(SNR)范围内，即N0→
0，将CE预编码问题改写如下：0，将CE预编码问题改写如下：S4：所述预编码发送向量X和预编码因子β耦合，通过在公式(1)中固定β(X)来交替寻址X(β)，生成的迭代包括以下两个步骤：X(β)，生成的迭代包括以下两个步骤：S5：利用近似求解方法，求解公式(3)，得到预编码因子S6：放松限制到将公式(2)重写为:所述X的i+1次更新时，β
i
不变，忽略预编码因子β
i
的上标，令y＝βX以及将公式(4)再此改写为：S7：使用已有的ADMM方法，在公式(5)内引入辅助变量v，求解公式(5)等价于求解：s.t.y＝v
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)公式(6)的增广拉格朗日表达式为：
其中为对偶变量，ρ＞0为惩罚参数，相应的ADMM由如下迭代组成：为对偶变量，ρ＞0为惩罚参数，相应的ADMM由如下迭代组成：u
i+1
＝u
i
+y
i+1
‑
v
i+1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)S8：基于ADMM算法来求解公式(8)，即求解等价优化的公式为：对变量y求导，使其等于0，求得公式(8)的封闭解：y
i+1
＝(H<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，陈珍惠，华磊，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：