一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法技术方案

本申请涉及一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法。该方法包括：利用上下行对偶关系，将下行预编码与压缩噪声设计问题转化为上行优化问题求解，获得训练样本集，采用随机梯度下降算法对神经网络模型进行训练，获得训练好的神经网络模型，进而将获取的信道矩阵输入预先训练好的神经网络模型进行预测，获得上行功率分配向量预测值进行分析，确定下行波束成形矩阵、下行功率分配向量和下行压缩噪声矩阵，根据下行波束成形矩阵和下行功率分配向量，对待传输的数据进行预编码，获得编码后的数据，根据下行压缩噪声矩阵对编码后的数据进行压缩，获得压缩后的数据，保证了Cell

【技术实现步骤摘要】
一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法


[0001]本申请涉及移动通信
，特别是涉及一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法。

技术介绍

[0002]去蜂窝多输入输出(Cell
‑
free MIMO)系统可以减小小区间干扰，提升频谱效率和能量效率。然而，Cell
‑
free MIMO系统的性能改进受到有限容量前传链路的限制。为了克服Cell
‑
free MIMO系统的性能改进受限的问题，可以在无线接入点处采用压缩策略，对前传链路上传输的信号进行压缩，同时利用波束成形技术，作为Cell
‑
free MIMO系统的关键技术实现数据的预编码。
[0003]传统的预编码采用的最优波束成形方案，依赖于迭代算法，需要较高的计算时间，而一些非迭代式算法例如迫零法、正则迫零法，虽然计算时间成本低，但是Cell
‑
free MIMO系统性能大打折扣。
[0004]因此，目前的预编码采用的最优波束成形方案无法在保证Cell
‑
free MIMO系统高性能的前提下降低计算时延。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保证Cell
‑
free MIMO系统高性能的前提下降低计算时延的面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法。
[0006]一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法，应用于带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统，所述方法包括：将获取的信道矩阵输入预先训练好的神经网络模型进行预测，获得上行功率分配向量预测值；根据所述上行功率分配向量预测值进行分析，确定下行波束成形矩阵、下行功率分配向量和下行压缩噪声矩阵；根据所述下行波束成形矩阵和所述下行功率分配向量，对待传输的信息进行预编码，获得编码后的信息；根据所述下行压缩噪声矩阵对所述编码后的信息进行压缩，获得压缩后的信号；所述神经网络模型的训练方式为：利用上下行对偶关系，将下行预编码与压缩噪声设计问题转化为上行优化问题；通过标准功率控制算法对上行优化问题进行求解，获得训练样本集，所述样本集包括作为输入的信道矩阵样本，作为输出的上行功率分配向量样本；初始化神经网络模型的相关参数，所述相关参数包括权重参数、偏置参数、网络层数、每层神经元数目、学习率、训练周期数以及每次训练送入网络的样本数；利用所述训练样本集，采用随机梯度下降算法对所述神经网络模型进行训练，获得训练好的神经网络模型。
[0007]在其中一个实施例中，所述根据所述上行功率分配向量预测值进行分析，确定下行波束成形矩阵、功率分配向量和压缩噪声矩阵，包括：根据所述无线接入点的压缩方案，确定对应的压缩噪声分析模块；根据所述上行功率分配向量预测值，采用所述压缩噪声分析模块进行分析，确定各无线接入点处引入的上行压缩噪声；根据自身采用的编码方案，确定对应的波束成形矩阵分析模块；根据所述上行功率分配向量预测值，结合各所述无线接入点处引入的上行压缩噪声，采用所述波束成形矩阵分析模块进行分析，获得下行波束成形矩阵；根据自身采用的编码方案和所述无线接入点的压缩方案，确定对应的下行优化目标函数；根据所述下行波束成形矩阵，采用优化器对所述下行优化目标函数进行求解，确定下行功率分配向量和下行压缩噪声矩阵。
[0008]在其中一个实施例中，所述根据所述无线接入点的压缩方案，确定对应的压缩噪声分析模块，包括：在所述无线接入点的压缩方案为独立压缩的情况下，对应的压缩噪声分析模块的表达式为：；；其中，Q
diag
为上行压缩噪声矩阵，采取独立压缩时，各无线接入点处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声相互独立，q1为无线接入点1处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，q
M
为无线接入点M处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，q
m
为无线接入点m处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，p
kul
为用户k的上行功率分配向量预测值，h
m,k
为无线接入点m与用户k之间的信道状态，σ2为信号在无线传输时候引入的加性高斯白噪声的方差，C
m
为无线接入点m与中央处理单元之间的光纤链路容量，m为无线接入点的编号，M为带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统中无线接入点的个数，K为带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统中用户的个数，k为用户的编号；在所述无线接入点的压缩方案为多元压缩的情况下，对应的压缩噪声分析模块的表达式为：
；，
…
，
…
；其中，h
1,k
为无线接入点1与用户k之间的信道状态，h
*1,k
为h
1,k
的共轭，C1为无线接入点1与中央处理单元之间的光纤链路容量，h
*m,k
为h
m,k
的共轭，h
M,k
为无线接入点M与用户k之间的信道状态，h
*M,k
为h
M,k
的共轭，C
M
为无线接入点M与中央处理单元之间的光纤链路容量，为上行接收信号协方差矩阵， ，Q为上行压缩噪声的协方差矩阵，L为单位矩阵，为的第m行，第1列至第m
‑
1列构成的行向量，为的第1行至第m
‑
1行，第1列至第m
‑
1列构成的子矩阵，为的第1行至第m
‑
1行，第m列构成的列向量，为的第M行，第1列至第M
‑
1列构成的行向量，为的第1行至第M
‑
1行，第1列至第M
‑
1列构成的子矩阵，为的第1行至第M
‑
1行，第M列构成的列向量。
[0009]在其中一个实施例中，所述根据自身采用的编码方案，确定对应的波束成形矩阵分析模块，包括：当所述中央处理单元采用的编码方案为线性编码的情况下，对应的波束成形矩阵分析模块的表达式为：；
其中，w
k
为用户k的归一化后的最优下行波束成形解，为MMSE接收机计算出的用户k的最优下行波束成形解，p
jul
为用户j的上行功率分配向量预测值，h
j
为所有无线接入点与用户j之间的信道，h
jH
为h
j
的共轭转置，L为单位矩阵，h
k
为所有无线接入点与用户k之间的信道，h
k = [h
1,k
,...,h
M,k
]T
，W为下行波束成形矩阵，W=[w1,...,w
k
]，w1为用户1的归一化后的最优下行波束成形解，w
K
为用户K的归一化后的最优下行波束成形解，当所述中央处理单元采用的编码方案为脏纸编码的情况下，对应的波束成形矩阵分析模块的表达式为：。
[0010]在其中一个实施例中，所述根据自身采用的编码方案和所述无线接入点的压缩方案，确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法，应用于带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统，其特征在于，所述方法包括：将获取的信道矩阵输入预先训练好的神经网络模型进行预测，获得上行功率分配向量预测值；根据所述上行功率分配向量预测值进行分析，确定下行波束成形矩阵、下行功率分配向量和下行压缩噪声矩阵；根据所述下行波束成形矩阵和所述下行功率分配向量，对待传输的信息进行预编码，获得编码后的信息；根据所述下行压缩噪声矩阵对所述编码后的信息进行压缩，获得压缩后的信号；所述神经网络模型的训练方式为：利用上下行对偶关系，将下行预编码与压缩噪声设计问题转化为上行优化问题；通过标准功率控制算法对上行优化问题进行求解，获得训练样本集，所述样本集包括作为输入的信道矩阵样本，作为输出的上行功率分配向量样本；初始化神经网络模型的相关参数，所述相关参数包括权重参数、偏置参数、网络层数、每层神经元数目、学习率、训练周期数以及每次训练送入网络的样本数；利用所述训练样本集，采用随机梯度下降算法对所述神经网络模型进行训练，获得训练好的神经网络模型。2.根据权利要求1所述的面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法，其特征在于，所述根据所述上行功率分配向量预测值进行分析，确定下行波束成形矩阵、功率分配向量和压缩噪声矩阵，包括：根据所述无线接入点的压缩方案，确定对应的压缩噪声分析模块；根据所述上行功率分配向量预测值，采用所述压缩噪声分析模块进行分析，确定各无线接入点处引入的上行压缩噪声；根据自身采用的编码方案，确定对应的波束成形矩阵分析模块；根据所述上行功率分配向量预测值，结合各所述无线接入点处引入的上行压缩噪声，采用所述波束成形矩阵分析模块进行分析，获得下行波束成形矩阵；根据自身采用的编码方案和所述无线接入点的压缩方案，确定对应的下行优化目标函数；根据所述下行波束成形矩阵，采用优化器对所述下行优化目标函数进行求解，确定下行功率分配向量和下行压缩噪声矩阵。3.根据权利要求1所述的面向去蜂窝多天线系统的前传压缩与预编码方法，其特征在于，所述根据所述无线接入点的压缩方案，确定对应的压缩噪声分析模块，包括：在所述无线接入点的压缩方案为独立压缩的情况下，对应的压缩噪声分析模块的表达式为：；
；其中，Q
diag
为上行压缩噪声矩阵，采取独立压缩时，各无线接入点处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声相互独立，q1为无线接入点1处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，q
M
为无线接入点M处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，q
m
为无线接入点m处由于独立压缩而引入的上行压缩噪声，p
kul
为用户k的上行功率分配向量预测值，h
m,k
为无线接入点m与用户k之间的信道状态，σ2为信号在无线传输时候引入的加性高斯白噪声的方差，C
m
为无线接入点m与中央处理单元之间的光纤链路容量，m为无线接入点的编号，M为带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统中无线接入点的个数，K为带压缩无线接入点的去蜂窝多天线系统中用户的个数，k为用户的编号；在所述无线接入点的压缩方案为多元压缩的情况下，对应的压缩噪声分析模块的表达式为：；，
…
，
…
；其中，h
1,k
为无线接入点1与用户k之间的信道状态，h
*1,k
为h
1,k
的共轭，C1为无线接入点1与中央处理单元之间的光纤链路容量，h
*m,k
为h
m,k
的共轭，h
M,k
为无线接入点M与用户k之间的信道状态，h
*M,k
为h
M,k
的共轭，C
M
为无线接入点M与中央处理单元之间的光纤链路容量，
为上行接收信号协方差矩阵， ，Q为上行压缩噪声的协方差矩阵，L为单位矩阵，为的第m行，第1列至第m
‑
1列构成的行向量，为的第1行至第m
‑
1行，第1列至第m
‑
1列构成的子矩阵，为...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏文超，陈逸捷，徐林林，赵海涛，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：