線集合的信道矩陣Htemp= hi，并且將第一根所選擇的天線從備選服務(wù) 天線集合^4lt移入到已選擇天線集合中。
[0036] 步驟二：根據(jù)已選擇天線集合的信道矩陣Htraip，求出該矩陣中所有列構(gòu)成空間 盡 emp的零空間Stonp.*)的規(guī)范正交基：
[0037] U = null (Htemp)
[0038] 其中U表示規(guī)范正交基所構(gòu)成的矩陣。
[0039] 步驟三：計(jì)算投影算子P，過程如下：
[0040] P =UUh
[0041] 步驟四：計(jì)算此刻所有備選天線的投影，過程如下：
[0042]
[0043] 其中Palt, i表示投影向量。
[0044] 根據(jù)投影計(jì)算結(jié)果，從^Clt中取出具有最大投影模值的天線，作為選擇天線，并將 該天線從備選服務(wù)天線集合^^移入到已選擇天線集合中，并將該天線所對應(yīng)的信道 狀態(tài)信息加入矩陣Hteaiip中。
[0045] 步驟五：如果已選擇天線個(gè)數(shù)沒有達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)，則回到步驟二；否則，已選 擇天線個(gè)數(shù)達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)，天線選擇過程結(jié)束。
[0046] 復(fù)雜度是系統(tǒng)考慮的一個(gè)重要指標(biāo)。表1給出了最優(yōu)方法、升序法和本發(fā)明的復(fù) 雜度計(jì)算結(jié)果。
[0047] 表1最優(yōu)方法、升序法和本發(fā)明的復(fù)雜度
[0048]
[0049] 從表1可以看出，本發(fā)明的復(fù)雜度是三種方法中最小的。
[0050] 所有的仿真均在Matlab軟件環(huán)境下進(jìn)行。通過各種仿真，觀察各種方法特點(diǎn)，對 比分析最優(yōu)方法、升序法和本發(fā)明的不同，說明本發(fā)明的優(yōu)勢。仿真中主要的參數(shù)見表2。 射頻鏈路數(shù)Q是1至4的變量。
[0051] 表2主要參數(shù)表
[0052]
[0053] 從圖2可以看出兩種方法信道容量隨信噪比（SNR)的變化。從仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， 本發(fā)明的信道容量明顯好于隨機(jī)選擇的信道容量。并且，在選擇天線數(shù)越多時(shí)，本發(fā)明的優(yōu) 勢越明顯。這是由于，本發(fā)明考慮了充分利用空間自由度，將空域資源利用相對更加完全， 系統(tǒng)信道容量相對較高；隨機(jī)選擇并未采取任何措施提高信道容量，所以性能較差。并且， 隨著天線數(shù)的增加，兩種算法的信道容量也越來越大。大規(guī)模MMO系統(tǒng)采用天線選擇技術(shù) 在配置有相同數(shù)量的射頻鏈路的情況下可以提高系統(tǒng)信道容量，說明天線選擇技術(shù)是有意 義的，對于整個(gè)系統(tǒng)是非常必要的。
[0054] 從圖3可以看出，本發(fā)明與升序法在選擇天線為1根或2根時(shí)，信道容量幾乎沒有 任何區(qū)別，兩條性能曲線幾乎重合。這是由于，升序法在選取第一根天線時(shí)，是選取所有服 務(wù)天線中具有最大信道容量的一根天線，本發(fā)明選取第一根天線也是采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)。所 以，在選擇天線為1根時(shí)，兩種算法完全等效。選擇天線數(shù)為2根時(shí)，升序法是選擇為系統(tǒng) 容量貢獻(xiàn)最大的一根天線，本發(fā)明是選擇空間利用更充分的天線，由于大規(guī)模MMO系統(tǒng)可 選擇的天線基數(shù)多，兩種算法在此時(shí)都可以找到較為合適的天線，所以兩種算法性能差距 無幾。隨著選擇天線數(shù)的增多，從圖2可以看出，本發(fā)明的信道容量要高于升序法的信道容 量。產(chǎn)生這種情況的原因是本發(fā)明較之于升序法更加充分的利用了空域資源，提高了系統(tǒng) 信道容量。
[0055] 從圖4可以看出，本發(fā)明與最優(yōu)方法在下行大規(guī)模MMO系統(tǒng)中具有非常相近的系 統(tǒng)性能，兩種算法的信道容量仿真曲線幾乎重合。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是在大規(guī)模MIMO系 統(tǒng)中，具有足夠大的備選天線基數(shù)，本發(fā)明可以很輕易地找到合適的天線，使得信道的空間 自由度更大，提高空域資源利用率，進(jìn)而獲得較好的信道容量，逼近了最優(yōu)方法。
[0056] 為了能夠直觀的看出本發(fā)明和最優(yōu)方法的差距，在選擇天線數(shù)為3根和4根時(shí)，將 最優(yōu)方法的信道容量和本發(fā)明的信道容量的差值計(jì)算出來，并將其表示在圖5中。
[0057] 在選擇天線數(shù)較少時(shí)，本發(fā)明與最優(yōu)方法差異不大；選擇天數(shù)越多，上述兩種算法 的性能差異就越大。這是由于，本發(fā)明在選取每一根天線時(shí)，沒有考慮天線之間的相關(guān)性對 系統(tǒng)信道容量的影響，僅憑借各個(gè)單天線的性質(zhì)加以篩選天線；最優(yōu)方法遍歷了滿足選擇 天線數(shù)的所有組合，計(jì)算出每個(gè)組合的信道容量，顧及到天線之間的相關(guān)性，這也是其系統(tǒng) 性能可以做到最優(yōu)的原因。
[0058] 總之，本發(fā)明公開了一種基于大規(guī)模MMO系統(tǒng)的天線選擇方法：該方法利用所有 服務(wù)用戶向基站反饋完整的信道狀態(tài)信息，并假設(shè)所有選擇天線的功率分配是均勻的，在 此基礎(chǔ)上計(jì)算每一根備選的天線所具有的信道容量，選出其中具有最大信道容量的天線， 作為第一根選擇天線；在選擇第一根天線的基礎(chǔ)上，根據(jù)矩陣空間的相關(guān)性質(zhì)，再不斷選擇 將空域資源利用最充分的天線，直至達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)為止。該方法考慮空間自由度的充 分利用，具有復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)，保留系統(tǒng)較好性能的特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的天線選擇方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 基站的所有服務(wù)用戶向所述基站反饋信道狀態(tài)信息； 2) 經(jīng)過步驟1)后，假設(shè)所有選擇天線的功率分配是均勻的，計(jì)算每一根備選的服務(wù)天 線所具有的信道容量，然后選出備選的服務(wù)天線中具有最大信道容量的天線，作為第一根 選擇天線；然后，根據(jù)矩陣空間的性質(zhì)，從備選的服務(wù)天線中再不斷選擇將空域資源利用最 充分的天線，直至達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)為止。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于大規(guī)模MIM0系統(tǒng)的天線選擇方法，其特征在于：所述步驟 1) 中，所述基站從所有服務(wù)用戶反饋得到精確的下行信道狀態(tài)信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于大規(guī)模MIM0系統(tǒng)的天線選擇方法，其特征在于：所述所需 天線個(gè)數(shù)與系統(tǒng)射頻鏈路數(shù)相同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于大規(guī)模MM0系統(tǒng)的天線選擇方法，其特征在于：所述所需 天線個(gè)數(shù)彡2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于大規(guī)模MIM0系統(tǒng)的天線選擇方法，其特征在于：所述步驟 2) 具體包括以下步驟： 2. 1)從備選服務(wù)天線集合Z(lt中選出信道容量最大的天線作為第一根選擇天線，并將 第一根選擇天線從備選服務(wù)天線集合dk移入到已選擇天線集合中； 2.2)求出已選擇天線集合^(el的信道矩陣HtMP中所有列構(gòu)成空間<5temp的零空間 2. 3)求出空間各OTp,〇的投影算子P; 2. 4)根據(jù)投影算子P計(jì)算備選服務(wù)天線集合^lt中所有天線的投影，取出具有最大投 影模值的天線，作為選擇天線，并將該天線從備選服務(wù)天線集合4lt移入到已選擇天線集合 4el中； 2.5)如果已選擇天線個(gè)數(shù)沒有達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)，則重復(fù)步驟2. 2)至步驟2.4);否 貝1J，天線選擇過程結(jié)束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的天線選擇方法：1)所有用戶向基站反饋完整的信道狀態(tài)信息；2)假設(shè)所有選擇天線的功率分配是均勻的，計(jì)算每一根備選的天線所具有的信道容量，選出其中具有最大信道容量的天線，作為第一根選擇天線；3)在選擇第一根天線的基礎(chǔ)上，根據(jù)矩陣空間的相關(guān)性質(zhì)，再不斷選擇將空域資源利用最充分的天線，直至達(dá)到所需天線個(gè)數(shù)為止。該方法考慮空間自由度的充分利用，具有復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)，保留系統(tǒng)較好性能的特點(diǎn)。
【IPC分類】H04B7/06
【公開號(hào)】CN104993853
【申請?zhí)枴緾N201510232910
【發(fā)明人】任品毅, 趙蘭奇, 杜清河, 孫黎
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月8日