CN108347267A - 一种面向大规模mimo的自适应混合检测接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，包括：(1)信息传输前，基站依据基站到每个用户的下行信道信息，设计对每个用户的模拟检测矢量；(2)将模拟检测矢量整合为模拟检测矩阵；(3)判断实际用户数是否大于设定用户数门限值，若是，执行(5)，否则执行(4)；(4)根据基站的天线数和用户数计算信噪比门限值，若当前的传输信噪比小于信噪比门限值，则执行(5)，否则执行(6)；(5)根据模拟检测矩阵和新到信息计算得到有效信道矩阵，并将有效信道矩阵的共轭转置作为检测矩阵，进行接收检测；(6)将检测矩阵设为单位矩阵，进行接收检测。本发明在降低系统复杂度的同时提升系统容量。

Description

一种面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法

技术领域

本发明涉及大规模天线系统，尤其涉及一种面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法。

背景技术

MIMO技术利用多根天线共同传输来获得通信系统有效性和可靠性的平衡。而大规模MIMO技术，在基站配置大规模的天线阵列(天线数目从几十到几千)，利用空分多址技术，使基站在同一时频资源内同时服务很多个用户。由于大规模MIMO技术能够在很大程度上增大通信自由度，为系统带来了巨大的阵列增益和干扰抑制增益，使得小区的总频谱效率得到了很大程度的提升。因此，大规模MIMO技术被认为是5G移动通信系统的核心传输技术之一。然而，大规模MIMO的实现仍然面临着许多挑战，比如，射频(Radio Frequency,RF)链数目的庞大可能会造成巨大的能耗和系统复杂度。混合检测由于只需要有限的RF链，成为了大规模MIMO技术实际部署的关键技术之一。然而，模拟检测网络由移相器构成，其元素的模值恒定，只能对信道的角度进行处理。这一非凸的条件对混合检测的最优设计造成了相当的难度。因此，对于多用户的混合检测，现有研究多采用两步设计：第一步，在忽略多用户干扰的条件下采用模拟检测使得各用户的信号能量最大化；第二步，采用迫零数字检测抵消用户间干扰。这一设计不仅将模拟检测的部分转化成了单用户问题，大大减小了问题的复杂度，而且该设计被证明拥有渐进最优的性能。然而，在以往研究的推导中，模拟检测已经将有效信道矩阵近似地转化为单位对角阵。这说明模拟检测已经对多用户干扰起到了一定的抑制效果，因此，大规模MIMO混合检测系统的收发结构的设计和优化便成为了一个值得讨论的问题。

现有方案中，都是孤立地在大规模MIMO系统中采用混合检测或模拟检测，没能灵活地将两种方案联合运用，取长补短，从而达到系统容量性能的优化。

发明人研究发现，通过推导系统容量的闭合表达式，可以定量地比较混合检测和模拟检测在不同条件下的容量性能，从而给出量化的系统收发结构设计与优化方法。因而，非常有必要研究该系统下基于系统参数的收发结构的设计与优化，实现系统性能和复杂度的优化。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，使得在降低系统复杂度的同时提升系统容量。

技术方案：本发明所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法包括：

(1)信息传输前，基站依据基站到每个用户的下行信道信息，设计基站对每个用户的模拟检测矢量；

(2)将所有用户的模拟检测矢量整合为模拟检测矩阵；

(3)判断实际用户数是否大于设定用户数门限值，若是，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则执行(4)；

(4)根据基站的天线数和用户数计算信噪比门限值，若当前的传输信噪比小于信噪比门限值，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则采用模拟检测接收方法，执行(6)；

(5)根据模拟检测矩阵和新到信息计算得到有效信道矩阵，并将有效信道矩阵的共轭转置作为检测矩阵，进行接收检测；

(6)将检测矩阵设为单位矩阵，进行接收检测。

进一步的，步骤(1)中用户k的模拟检测矢量a_k的计算公式为：

a_k＝{a_k,j|j＝1,...,J}

式中，a_k,j为a_k中第j个元素，共J个，h_k为用户k的下行信道信息，h_k,j为h_k中第j个元素，k＝1,2,...,K，K为用户的数目，上标*为共轭符号，|·|为取绝对值符号，K为用户的数目，M为基站天线数目。

进一步的，步骤(2)中模拟检测矩阵具体为：

Α＝[a₁,…,a_k,...,a_K]

式中，Α为模拟检测矩阵，a_k为用户k的模拟检测矢量。

进一步的，步骤(3)中用户数门限值具体为：

进一步的，步骤(4)中的信噪比门限值具体为：

进一步的，步骤(5)中的有效信道矩阵具体为：

G＝[g₁,g₂,…,g_K]

式中，A为模拟检测矩阵，h_k为用户k的下行信道信息，上标(·)^H表示共轭转置符号，k＝1,2,...,K。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明为通信系统设计了混合检测和模拟检测的联合机制方案，可以保证系统获得优化的系统容量。

(2)相比于混合检测系统，系统使用的联合机制还使用了模拟检测，系统的复杂度得到了一定程度的降低。

(3)本发明的关键判断机制仅仅依赖于常见的系统参数：基站天线数、用户数和系统信噪比，实现起来并不复杂，易于部署。

附图说明

图1是本发明提出的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法的流程图；

图2是本发明提出的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法的系统框图；

图3是本发明与模拟检测和混合检测在不同天线数目情况下的性能对比图；

图4是本发明与模拟检测和混合检测在不同信噪比下的性能对比图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法包括：

(1)信息传输前，基站依据基站到每个用户的下行信道信息，设计基站对每个用户的模拟检测矢量。

其中，用户k的模拟检测矢量a_k为：

a_k＝{a_k,j|j＝1,...,J}

式中，a_k,j为a_k中第j个元素，共J个，h_k为用户k的下行信道信息，h_k,j为h_k中第j个元素，k＝1,2,...,K，K为用户的数目，上标*为共轭符号，|·|为取绝对值符号，K为用户的数目，M为基站天线数目。

(2)将所有用户的模拟检测矢量整合为模拟检测矩阵。

模拟检测矩阵具体为：Α＝[a₁,…,a_k,...,a_K]。

(3)判断实际用户数是否大于设定用户数门限值，若是，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则执行(4)。

用户数门限值具体为：

(4)根据基站的天线数和用户数计算信噪比门限值，若当前的传输信噪比小于信噪比门限值，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则采用模拟检测接收方法，执行(6)。

信噪比门限值具体为：

(5)根据模拟检测矩阵和新到信息计算得到有效信道矩阵，并将有效信道矩阵的共轭转置作为检测矩阵，进行接收检测。

其中，有效信道矩阵具体为：

G＝[g₁,g₂,…,g_K]

式中，A为模拟检测矩阵，h_k为用户k的下行信道信息，上标(·)^H表示共轭转置符号，k＝1,2,...,K。

混合检测时，将检测矩阵W＝G^H进行接收检测。

(6)将检测矩阵设为单位矩阵，进行接收检测。

模拟检测时，将检测矩阵W＝I检测。

图2是本发明提出的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法的系统框图，表明了混合检测基站系统和用户的系统结构关系。

图3和图4是本发明提出的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法与混合检测、模拟检测的性能对比，利用蒙特卡洛仿真得到。从图中可以很明显地看出，在不同的天线数和不同信噪比情形下，本发明提出方案的容量性能在大部分情形下优于混合检测、模拟检测的性能。

Claims (6)

1.一种面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于该方法包括：

(1)信息传输前，基站依据基站到每个用户的下行信道信息，设计对每个用户的模拟检测矢量；

(2)将所有用户的模拟检测矢量整合为模拟检测矩阵；

(3)判断实际用户数是否大于设定用户数门限值，若是，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则执行(4)；

(4)根据基站的天线数和用户数计算信噪比门限值，若当前的传输信噪比小于信噪比门限值，则采用混合检测接收方法，执行(5)，否则采用模拟检测接收方法，执行(6)；

(5)根据模拟检测矩阵和新到信息计算得到有效信道矩阵，并将有效信道矩阵的共轭转置作为检测矩阵，进行接收检测；

(6)将检测矩阵设为单位矩阵，进行接收检测。

2.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于：步骤(1)中用户k的模拟检测矢量a_k的计算公式为：

a_k＝{a_k,j|j＝1,...,J}

式中，a_k,j为a_k中第j个元素，共J个，h_k为用户k的下行信道信息，h_k,j为h_k中第j个元素，k＝1,2,...,K，K为用户的数目，上标*为共轭符号，|·|为取绝对值符号，M为基站天线数目。

3.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于：步骤(2)中模拟检测矩阵具体为：

Α＝[a₁,…,a_k,...,a_K]

式中，Α为模拟检测矩阵，a_k为用户k的模拟检测矢量。

4.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于：步骤(3)中用户数门限值具体为：

5.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于：步骤(4)中的信噪比门限值具体为：

6.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的自适应混合检测接收方法，其特征在于：步骤(5)中的有效信道矩阵具体为：

G＝[g₁,g₂,…,g_K]

式中，A为模拟检测矩阵，h_k为用户k的下行信道信息，上标(·)^H表示共轭转置符号，k＝1,2,...,K。