CN106788632A - 分布式mimo系统的端口和天线选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式MIMO系统的端口和天线选择方法。所述方法根据分布式MIMO系统架构的特点，不直接进行天线选择，而是先选择端口，然后再从所选端口中进行天线选择，缩小了天线选择的范围，并且对矩阵采用块对角化变换,减小了计算复杂度；在所选端口中进行天线选择时，充分考虑同一端口内天线间的相关性，降低信道相关性对系统容量的影响，在保证容量性能的同时有效缩小天线选择的范围，达到简化天线选择算法的目的，能更好地应用于实际系统。

Description

分布式MIMO系统的端口和天线选择方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及分布式MIMO系统的端口和天线选择方法。

背景技术

分布式MIMO系统把MIMO技术与分布式天线系统有机地结合在一起，从而能够提供更大的系统容量、更好的小区覆盖以及更强的抗衰落能力，此类系统的天线选择问题仍存在不足之处。目前最优的天线选择算法是穷举搜索法，该算法从所有可能的天线组合中，选择使系统容量最大的天线子集，计算复杂度非常高，无法实时使用。次优方法包括递减和递增天线选择算法，这两种算法在容量损失很小的情况下降低了运算的复杂度。而基于最大范数的天线选择算法，运算复杂度低，但其所能达到的容量性能有限，并且没有考虑天线之间的相关性。在分布式MIMO系统中，可能存在部分端口浪费一部分能量，同一个端口里的天线之间可能存在相关性，天线间的相关性会导致较大的容量损失，端口选择的有效性将对系统性能产生很大的影响。

发明内容

基于以上背景，本发明提供一种分布式MIMO系统的端口和天线选择方法。本发明根据分布式MIMO系统架构的特点，不直接进行天线选择，而是先选择端口，然后再从所选端口中进行天线选择，缩小了天线选择的范围，并且对矩阵采用块对角化变换,减小了计算复杂度；在所选端口中进行天线选择时，充分考虑同一端口内天线间的相关性，降低信道相关性对系统容量的影响，在保证容量性能的同时有效缩小天线选择的范围，达到简化天线选择算法的目的，能更好地应用于实际系统。

本发明中分布式MIMO系统包括N个具有一定距离分布的天线端口,每个端口配置L根天线,移动台配置M根天线。定义M×1维接收信号向量为R(t)＝[r₁(t),r₂(t),...,r_M(t)]^T；NL×1维发射信号向量为S(t)＝[s₁(t),s₂(t),...,s_NL(t)]^T；M×1维零均值加性高斯白噪声向量为Z(t)＝[z₁(t),z₂(t),...,z_M(t)]^T；[·]^T表示矩阵的转置运算。H为M×NL维的信道矩阵，即包含N个独立的M×L维子信道矩阵，H＝[H₁H₂...H_N]；R(t)＝HS(t)+Z(t)； 为移动台的第y根天线与端口x的第v根天线之间的信道系数；x＝1、2、…、N；y＝1、2、…、M；v＝1、2、…、L。

分布式MIMO系统的端口和天线选择方法包括如下步骤：

步骤一：需要选择的端口数为Ψ，1≤Ψ≤min(M,N)，初始化整数n＝0，所选端口集合N_p初始化为空集。选择端口把端口z1选入所选端口集合N_p中；N_r＝{1,2,...,N}，把端口z1从候选端口集合N_r中删去；令矩阵H_a＝H_z1；令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四。其中：P_t为总发射功率，为噪声方差，I_M为M×M维的单位矩阵；H_k表示第k个端口对应的子信道矩阵；(·)^H表示矩阵的共轭转置运算，(·)^-1表示矩阵的逆运算，det(·)表示对矩阵求行列式的运算。

步骤二：选择端口H_s表示第s个未被选择的端口对应的子信道矩阵；把端口z2选入所选端口集合N_p中，把端口z2从候选端口集合N_r中删去，令矩阵H_a＝[H_a H_z2]；令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四。

步骤三：重复步骤二，直到n等于Ψ。

步骤四：从所选端口的天线中进行天线选择，一共选取Q根天线，1＜Q＜ΨL。从所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口中分别选择N₁、N₂、…、N_Ψ根天线，其中：N₁+N₂+...+N_Ψ＝Q。所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口的所选天线集合分别为L₁、L₂、…、L_Ψ，均初始化为空集，令Θ₁＝0。对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，针对取值不为0的任一端口w，执行以下过程：

(1)选择端口w的天线将天线g1选入端口w的所选天线集合L_w中，令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五。其中：表示端口w的信道矩阵H_w的第j(1≤j≤L)列向量；||·||表示欧几里得矢量范数。

(2)记天线g1对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g1列向量和第j(j≠g1)列向量的非相关系数选择天线将天线g2选入端口w的所选天线集合L_w中；令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五；其中|·|表示复数的模运算。

(3)记天线g2对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g2列向量和第j(j≠g1、g2)列向量的非相关系数选择天线将天线g3选入端口w的所选天线集合L_w中；令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五。

(4)依次类推，直到Θ₁等于N_w。

步骤五：对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，利用取值不为0的所选端口及其所选天线，计算系统获得的容量；选取最大容量对应的N₁、N₂、…、N_Ψ取值组合中取值不为0的所选端口及其所选天线为最终选取的端口和天线。

具体实施方式

下面以实施例再次做一详细说明，便于更好地理解本发明。

步骤一：假设需要选择的端口数为Ψ，1≤Ψ≤min(M,N)，初始化整数n＝0。令候选端口集合为N_r＝{1,2,...,N}，所选端口集合为N_p且初始化为空集，H_k表示第k个端口对应的子信道矩阵。选择端口把端口z1选入所选端口集合N_p中，再把端口z1从候选端口集合N_r中删去，令矩阵H_a＝H_z1。其中P_t为总发射功率，为噪声方差，I_M为M×M维的单位矩阵，(·)^H为矩阵的共轭转置运算，(·)^-1为矩阵的逆运算，det(·)为对矩阵求行列式的运算。令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四。

步骤二：选择端口H_s表示第s个未被选择的端口对应的子信道矩阵；把端口z2选入所选端口集合N_p中，把端口z2从候选端口集合N_r中删去，令H_a＝[H_a H_z]。令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四。

步骤三：重复第二步直到n等于Ψ。

步骤四：从所选端口的天线中进行天线选择，一共选取Q(1＜Q＜ΨL)根天线，从所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口中分别选择N₁、N₂、…、N_Ψ根天线。N₁、N₂、…、N_Ψ为大于或等于0的整数且满足N₁+N₂+...+N_Ψ＝Q，于是N₁、N₂、…、N_Ψ的取值存在多种组合。所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口的所选天线集合分别为L₁、L₂、…、L_Ψ，均初始化为空集；自然数Θ₁＝0。对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，针对取值不为0的任一端口w，执行以下过程：

(1)选择端口w的天线将天线g1选入端口w的所选天线集合L_w中，Θ₁＝Θ₁+1；其中表示端口w的子信道矩阵H_w的第j(1≤j≤L)列向量，||·||表示欧几里得矢量范数。若Θ₁等于N_w，转步骤五。

(2)记天线g1对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g1列向量和第j(j≠g1)列向量的非相关系数选择天线将天线g2选入端口w的所选天线集合L_w中，|·|表示复数的模运算；Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五。

(3)记天线g2对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g2列向量和第j(j≠g1、g2)列向量的非相关系数选择天线将天线g3选入端口w的所选天线集合L_w中；Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五。

(4)依次类推，直到Θ₁等于N_w。

步骤五：对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，利用取值不为0的所选端口及其所选天线，计算系统获得的容量，选取最大容量对应的N₁、N₂、…、N_Ψ取值组合中取值不为0的所选端口及其所选天线为最终选取的端口和天线。

Claims (1)

1.一种分布式MIMO系统的端口和天线选择方法，所述系统包括N个具有一定距离分布的天线端口,每个端口配置L根天线,移动台配置M根天线；定义M×1维接收信号向量为R(t)＝[r₁(t),r₂(t),...,r_M(t)]^T；NL×1维发射信号向量为S(t)＝[s₁(t),s₂(t),...,s_NL(t)]^T；M×1维零均值加性高斯白噪声向量为Z(t)＝[z₁(t),z₂(t),...,z_M(t)]^T；[·]^T表示矩阵的转置运算；H为M×NL维的信道矩阵，H＝[H₁ H₂ ... H_N]；R(t)＝HS(t)+Z(t)； 为移动台的第y根天线与端口x的第v根天线之间的信道系数；x＝1、2、…、N；y＝1、2、…、M；v＝1、2、…、L；其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一：需要选择的端口数为Ψ，1≤Ψ≤min(M,N)，初始化整数n＝0，所选端口集合N_p初始化为空集。选择端口把端口z1选入所选端口集合N_p中；N_r＝{1,2,...,N}，把端口z1从候选端口集合N_r中删去；令矩阵H_a＝H_z1；令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四。其中：P_t为总发射功率，为噪声方差，I_M为M×M维的单位矩阵；H_k表示第k个端口对应的子信道矩阵；(·)^H表示矩阵的共轭转置运算，(·)^-1表示矩阵的逆运算，det(·)表示对矩阵求行列式的运算；

步骤二：选择端口H_s表示第s个未被选择的端口对应的子信道矩阵；把端口z2选入所选端口集合N_p中，把端口z2从候选端口集合N_r中删去，令矩阵H_a＝[H_a H_z2]；令n＝n+1，若n等于Ψ，转步骤四；

步骤三：重复步骤二，直到n等于Ψ；

步骤四：从所选端口的天线中进行天线选择，一共选取Q根天线，1＜Q＜ΨL；从所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口中分别选择N₁、N₂、…、N_Ψ根天线，其中：N₁+N₂+...+N_Ψ＝Q；所选端口集合N_p的第1个、第2个、…、第Ψ个端口的所选天线集合分别为L₁、L₂、…、L_Ψ，均初始化为空集，令Θ₁＝0；对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，针对取值不为0的任一端口w，执行以下过程：

(1)选择端口w的天线将天线g1选入端口w的所选天线集合L_w中，令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五；其中：表示端口w的信道矩阵H_w的第j(1≤j≤L)列向量；||·||表示欧几里得矢量范数；

(2)记天线g1对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g1列向量和第j(j≠g1)列向量的非相关系数选择天线将天线g2选入端口w的所选天线集合L_w中；令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五；其中|·|表示复数的模运算；

(3)记天线g2对应端口w的子信道矩阵H_w的列向量为计算子信道矩阵H_w的第g2列向量和第j(j≠g1、g2)列向量的非相关系数选择天线将天线g3选入端口w的所选天线集合L_w中；令Θ₁＝Θ₁+1，若Θ₁等于N_w，转步骤五；

(4)依次类推，直到Θ₁等于N_w；

步骤五：对于N₁、N₂、…、N_Ψ的每一种取值组合，利用取值不为0的所选端口及其所选天线，计算系统获得的容量，选取最大容量对应的N₁、N₂、…、N_Ψ取值组合中取值不为0的所选端口及其所选天线为最终选取的端口和天线。