【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，特别涉及一种用户为中心网络大规模mimo通信方法及系统。
技术介绍
1、随着第五代移动通信(5g)网络在全球的迅速部署，研究人员已经展开对5g演进和第六代移动通信(6g)的研究。大规模多输入多输出(mimo)作为5g移动通信中的关键技术，将继续在5g演进和6g网络中发挥重要作用。通过部署大规模mimo阵列天线，大规模mimo技术能够有效提高频谱和能量效率。蜂窝大规模mimo系统是大规模mimo中最普遍的系统，系统中的大规模mimo宏基站在同一时间频率资源上为小区内的一组用户终端同时提供服务。大量研究已经验证了蜂窝大规模mimo系统在增强频谱和能量效率方面的优势。然而，在蜂窝大规模mimo系统中，小区边缘用户由于信道增益较低，来自相邻基站的干扰较高，会遭受严重的性能损失。此外，小区边缘的越区切换可能会带来用户移动时的服务中断和延迟等问题。随着中心频率的增加和小区半径的减小，这些问题可能变得更加严重。
2、网络大规模mimo系统可以通过基站间联合实施传输改善小区边缘用户的性能。在网络大规模mimo系统中，几个配备大量阵列天线的宏基站通过回传链路共享数据信息和信道状态信息。网络中的每个用户都由所有的基站提供服务，因此能够保证无缝服务，这不仅提高了性能，还减少了不必要的越区切换和链路中断概率。因此，网络大规模mimo系统被认为是现有蜂窝大规模mimo系统可行且平稳的演进，对于未来移动网络的无缝覆盖和小区边缘用户的性能提升至关重要。
3、在传统网络大规模mimo系统中，基站为远距离用户提供服
4、尽管用户为中心网络大规模mimo系统可以有效消除小区间干扰，但由于网络中用户数量众多，系统中的干扰仍然严重。线性预编码可以有效抑制干扰，且具有较低的复杂度，因此得到了广泛的研究。然而，现有预编码设计方法大多涉及大维矩阵的求逆，增加了计算复杂度，不便于实现。虽然用户为中心准则的引入可以有效降低计算复杂度，但因为矩阵求逆的维度与网络侧天线数量相关，这一问题仍然严重。更糟糕的是，6g网络将利用更高的频段，在基站侧将配备更多的天线，这一问题也将变得更加严峻。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种用户为中心网络大规模mimo通信方法及系统，可以有效减少基站侧收发信号处理的维度，在保证性能的基础上节省计算资源。
2、本专利技术第一方面实施例提供一种用户为中心网络大规模mimo通信方法，无线通信网络侧有一组大规模mimo基站，基站间通过回程链路连接并共享数据信息和信道状态信息，无线通信网络覆盖区内有一组配备了单天线或多天线的用户终端，所述方法包括以下步骤：
3、无线通信网络侧依据每个用户终端跟各基站间信道的部分信道状态信息，为覆盖区内每个用户终端动态确定跟该用户终端通信的基站集合，并动态确定跟每个基站通信的用户终端集合，确定过程对用户透明，其中，在无线通信网络上行通信中，第k个基站仅接收用户终端集合内的用户的数据信号，表示无线通信网络侧确定的跟第k个基站通信的用户终端集合；在下行通信中，第k个基站仅发送用户终端集合中的用户终端的数据信号。
4、可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述信道状态信息包括小尺度衰落信道信息和大尺度衰落信道信息，通过所述大尺度衰落信道信息确定跟每个基站通信的用户终端集合和跟每个用户终端通信的基站集合。
5、可选地，在本专利技术的一个实施例中，在无线通信网络的上行通信中，基站侧进行多用户联合接收处理，第k个基站接收到的有效信号为用户终端集合中的用户发送的数据信号经过信道之后的信号之和；第k个基站通过给接收到的信号矢量左乘一个接收矩阵，将用户终端集合内所有用户发送的数据信号恢复出来；
6、在无线通信网络的下行通信采用预编码传输方法采用预编码传输方法，第k个基站通过给用户终端集合内的每个用户的数据信号左乘一个预编码矩阵，并将中的各用户预编码后的信号相加，生成第k个基站在选定子载波组内一个子载波上的发送信号。
7、可选地，在本专利技术的一个实施例中，在无线通信网络的下行通信采用预编码传输方法采用预编码传输方法，包括：
8、将欧氏空间上有约束的预编码矩阵设计问题转化为流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题；
9、求解流形空间的正交投影、黎曼梯度、收缩映射和向量搬移；
10、采用黎曼共轭梯度方法求解流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题。
11、可选地，在本专利技术的一个实施例中，将欧氏空间上有约束的预编码矩阵设计问题转化为流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题，包括：
12、所述欧氏空间上有约束的预编码矩阵设计问题的目标函数为最大化加权和速率，约束条件为逐基站功率约束；每个基站只需要为与其通信的用户终端集合中的用户设计预编码矩阵；
13、所述欧氏空间是所有预编码矩阵所处的复数向量空间构成的乘积流形；流形空间是满足逐基站功率约束的预编码矩阵的集合；是的黎曼子流形。
14、可选地，在本专利技术的一个实施例中，求解流形空间的正交投影、黎曼梯度、收缩映射和向量搬移，包括：
15、所述正交投影用于将上元素的切空间中的切向量投影到的切空间上，从而得到上元素的切空间中对应的切向量；
16、所述黎曼梯度通过将上元素的欧式梯度正交投影到上元素的切空间上来获得；
17、所述收缩映射通过将当前流形空间上的点与切向量之和投影回流形空间上来实现；
18、所述向量搬移通过将当前的切向量投影到另一个点的切空间上来实现。
19、可选地，在本专利技术的一个实施例中，采用黎曼共轭梯度方法求解流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题，包括：
20、黎曼共轭梯度方法的搜索方向是当前迭代点的黎曼梯度的反方向和上一次搜索方向通过向量搬移到当前迭代点切空间的加权和；新的迭代点通过收缩映射来保证仍然在流形上；获得搜索方向后，利用backtracking方法来确定搜索步长，得到下一个迭代点；每次迭代先获得每个用户终端信道矩阵右乘当前迭代点的预编码矩阵，再计算用户信道矩阵右乘搜索方向，由此，将用户信道矩阵和不同搜索步长得到的预编码矩阵的乘法转化为已知量的求和；黎曼共轭梯度方法包括以下步骤：
21、步骤a)，用最大传输比方法获得预编码初值矩阵，设置初始搜索步长大于0；
22、步骤b)，获得每个用户信道矩阵右乘当前迭代点的预编码矩阵；
23、步骤c)，计算欧式梯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用户为中心网络大规模MIMO通信方法，其特征在于，无线通信网络侧有一组大规模MIMO基站，基站间通过回程链路连接并共享数据信息和信道状态信息，无线通信网络覆盖区内有一组配备了单天线或多天线的用户终端，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括小尺度衰落信道信息和大尺度衰落信道信息，通过所述大尺度衰落信道信息确定跟每个基站通信的用户终端集合和跟每个用户终端通信的基站集合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在无线通信网络的上行通信中，基站侧进行多用户联合接收处理，第k个基站接收到的有效信号为用户终端集合中的用户发送的数据信号经过信道之后的信号之和；第k个基站通过给接收到的信号矢量左乘一个接收矩阵，将用户终端集合内所有用户发送的数据信号恢复出来；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在无线通信网络的下行通信采用预编码传输方法采用预编码传输方法，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将欧氏空间上有约束的预编码矩阵设计问题转化为流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，求解流形空间的正交投影、黎曼梯度、收缩映射和向量搬移，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，采用黎曼共轭梯度方法求解流形空间上无约束的预编码矩阵设计问题，包括：
8.一种用户为中心网络大规模MIMO通信系统，其特征在于，无线通信网络侧有一组大规模MIMO基站，基站间通过回程链路连接并共享数据信息和信道状态信息，无线通信网络覆盖区内有一组配备了单天线或多天线的用户终端，所述系统在通信时利用权利要求1-7任一项所述的用户为中心网络大规模MIMO通信方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-7任一项所述的用户为中心网络大规模MIMO通信方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-7任一项所述的用户为中心网络大规模MIMO通信方法。
...【技术特征摘要】
1.一种用户为中心网络大规模mimo通信方法，其特征在于，无线通信网络侧有一组大规模mimo基站，基站间通过回程链路连接并共享数据信息和信道状态信息，无线通信网络覆盖区内有一组配备了单天线或多天线的用户终端，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括小尺度衰落信道信息和大尺度衰落信道信息，通过所述大尺度衰落信道信息确定跟每个基站通信的用户终端集合和跟每个用户终端通信的基站集合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在无线通信网络的上行通信中，基站侧进行多用户联合接收处理，第k个基站接收到的有效信号为用户终端集合中的用户发送的数据信号经过信道之后的信号之和；第k个基站通过给接收到的信号矢量左乘一个接收矩阵，将用户终端集合内所有用户发送的数据信号恢复出来；
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在无线通信网络的下行通信采用预编码传输方法采用预编码传输方法，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将欧氏空间上有约束的预编码矩阵设计问题转化为流形空间上无...
【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，孙睿，王晨，卢安安，孙晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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