一种低复杂度的大规模MIMO低轨卫星预编码方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112235022A(43)申请公布日2021.01.15(21)申请号202011087842.7H04B7/0417(2017.01)(22)申请日2020.10.13H04B7/185(2006.01)(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人高西奇乔治尤力李科新强晓宇汤金科石雪远(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人秦秋星(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04B7/06(2006.01)H04B7/0456(2017.01)H04B7/0452(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种低复杂度的大规模MIMO低轨卫星预编码方法(57)摘要本发明提出了一种低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO下行预编码方法，卫星侧配置大规模均匀平面天线阵列，卫星利用各用户的空间角度信息对用户进行分组，调度在同一组的用户使用同一时频资源与卫星进行无线通信。在卫星侧利用统计信道状态信息计算每个用户的下行预编码矢量。基于短截泰勒多项式展开理论，将下行预编码矢量中复杂的大维度矩阵求逆运算用有限项矩阵多项式的和来代替，从而降低预编码矢量的计算复杂度。并且在计算中采用Horner算法迭代计算矩阵多项式，降低矩阵多项式的计算复杂度。本发明方法的最终和速率性能在较低的展开阶数时就能够有效的逼近下行最大信漏噪比预编码的性能。CN112235022ACN112235022A权利要求书1/2页1.一种低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在卫星侧天线数目为M，有K个单天线用户的大规模MIMO低轨卫星通信系统中，卫星利用各单天线用户的空间角度信息对覆盖区域内待服务的用户进行分组，被调度在同一组内的用户使用同一时频资源与卫星进行无线通信，调度在不同组的用户使用不同的时频资源与卫星进行无线通信；步骤2：卫星侧检测获取各组用户的统计信道状态信息；步骤3：利用所获取的统计信道状态信息以及Horner方法迭代计算该组中各用户的基于短截泰勒级数的下行预编码矢量。2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述统计信道状态信息包含用户k的空间角度信息以及其平均信道能量γk，是由信道上行检测或者通过各用户的反馈信息获取的。3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，步骤3中基于短截泰勒级数的下行预编码矢量表示为：其中，ε为使得的约束性参数，(·)H以及(·)*分别表示共轭转置以及转置，是能量归一化系数使得γi为信道增益的能量vk为用户k的阵列响应矢量，为用户k的下行信噪比，L为泰勒多项式展开阶数，IM表示维度为M*M的单位阵，其中M为卫星侧天线数目，t表示时刻，f表示频率。4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，令V＝[v1,v2,...,vK]以及Λ＝diag[γ1,γ2,…,γK]，将公式(1)写为：基于公式(2)，Horner算法计算预编码矢量包括以下步骤：步骤1：初始化系统参数，包括统计信道状态信息，系数ωi,0≤i≤L-1，设置迭代次数指H示i＝1；首先计算S1＝ωL-i-1vk+ωL-iVΛVvk；H步骤2：迭代次数i＝i+1，并计算Si＝ωL-i-1vk+VΛVSi-1；步骤3：若i≥L-1，则预编码矢量计算完成，也即否则返回继续执行步骤2。5.根据权利要求1所描述的低轨卫星通信系统中低复杂度的大规模MIMO预编码方法，其特征在于：步骤1中，在卫星或者用户的移动过程中，随着统计信道信息的不断变化，动态2CN112235022A权利要求书2/2页实施用户分组以及下行信号传输过程。3CN112235022A说明书1/7页一种低复杂度的大规模MIMO低轨卫星预编码方法技术领域[0001]本发明属于通信领域，具体涉及一种采用大规模天线阵列的低轨卫星通信中利用统计信道状态信息，基于泰勒多项式展开理论的低复杂度预编码方法。背景技术[0002]在采用大规模MIMO的低轨卫星通信系统中，卫星侧利用大规模天线阵列，在同一时频资源中服务多个用户。采用大规模MIMO技术可以有效降低用户间干扰，大幅提高无线通信系统的频谱利用率和功率效率。同时利用统计信道状态信息的最大信漏噪比预编码可以有效避免获取瞬时信道状态信息的困难。[0003]在大规模MIMO通信中，基站通常配备上百根天线，而预编码矢量中通常需要矩阵求逆运算，矩阵求逆运算的计算复杂度与矩阵维数的立方是成正比的，这导致随着大