大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法及系统转让专利
申请号 : CN202010064225.9
文献号 : CN111245481B
文献日 : 2021-03-19
发明人 : 高西奇 , 李科新 , 尤力 , 王家恒 , 王闻今
申请人 : 东南大学
摘要 :
权利要求 :
1.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于卫星或与卫星相联系的信关站,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述方法包括:
卫星或信关站利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于遍历可达和速率的迭代算法,包括:依据遍历可达和速率最大化准则设计下行预编码矢量,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与遍历可达速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态更新各个用户的预编码矢量并实施下行传输过程。
2.根据权利要求1所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的统计信道信息由上行链路探测过程获得或通过各用户终端的反馈信息获得;所述的上行链路探测过程中,各个用户周期性地发送探测信号,卫星根据接收到的探测信号,估计各用户的空间角度信息或平均信道能量;所述的各用户终端的反馈信息是用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息。
3.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于用户终端,其特征在于:所述方法包括:
用户终端周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息,用于卫星或信关站计算预编码矢量;
用户终端接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿;
用户终端所接收的卫星信号为卫星或信关站依据权利要求1所述的方法利用包括空间角度信息与平均信道能量的统计信道信息计算相应的下行预编码矢量进行下行预编码生成的发送信号经过信道后的信号。
4.根据权利要求3所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延,由用户终端依据接收到的同步信号估计得到,或由用户终端和卫星的位置信息计算得到;随着卫星或用户终端的移动,动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息,频率和时间补偿量随之自适应地变化。
5.大规模MIMO卫星移动通信下行传输卫星侧设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
6.大规模MIMO卫星移动通信下行传输用户终端设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求3或4所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
7.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于卫星或与卫星相联系的信关站,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述方法包括:
卫星或信关站利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于遍历可达和速率上界的简化迭代算法,包括:依据遍历可达和速率上界最大化准则设计下行预编码矢量,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态更新各个用户的预编码矢量并实施下行传输过程。
8.根据权利要求7所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的统计信道信息由上行链路探测过程获得或通过各用户终端的反馈信息获得;所述的上行链路探测过程中,各个用户周期性地发送探测信号,卫星根据接收到的探测信号,估计各用户的空间角度信息或平均信道能量;所述的各用户终端的反馈信息是用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息。
9.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于用户终端,其特征在于:所述方法包括:
用户终端周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息,用于卫星或信关站计算预编码矢量;
用户终端接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿;
用户终端所接收的卫星信号为卫星或信关站依据权利要求7所述的方法利用包括空间角度信息与平均信道能量的统计信道信息计算相应的下行预编码矢量进行下行预编码生成的发送信号经过信道后的信号。
10.根据权利要求9所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延,由用户终端依据接收到的同步信号估计得到,或由用户终端和卫星的位置信息计算得到;随着卫星或用户终端的移动,动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息,频率和时间补偿量随之自适应地变化。
11.大规模MIMO卫星移动通信下行传输卫星侧设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求7所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
12.大规模MIMO卫星移动通信下行传输用户终端设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求9或10所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
13.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于卫星或与卫星相联系的信关站,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述方法包括:
卫星或信关站利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘子计算下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于拉格朗日乘子的简化迭代算法,包括:依据遍历可达和速率上界最大化准则设计下行预编码矢量,将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘子计算下行预编码矢量;由拉格朗日乘子计算预编码矢量的方法为,包括:用户k的预编码矢量的方向为,通过利用拉格朗日乘子、用户平均信道能量和噪声方差参数对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后与单位矩阵相加,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,并经过范数归一化后得到的单位矢量;所有用户预编码矢量的功率排列成的列矢量为,通过利用所有用户的拉格朗日乘子、用户平均信道能量、噪声方差和预编码矢量的方向参数得到一个矩阵,并将其逆矩阵与全一矢量相乘后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态更新各个用户的预编码矢量并实施下行传输过程。
14.根据权利要求13所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的统计信道信息由上行链路探测过程获得或通过各用户终端的反馈信息获得;所述的上行链路探测过程中,各个用户周期性地发送探测信号,卫星根据接收到的探测信号,估计各用户的空间角度信息或平均信道能量;所述的各用户终端的反馈信息是用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息。
15.大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,所述方法应用于用户终端,其特征在于:所述方法包括:
用户终端周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息,用于卫星或信关站计算预编码矢量;
用户终端接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿;
用户终端所接收的卫星信号为卫星或信关站依据权利要求13所述的方法利用包括空间角度信息与平均信道能量的统计信道信息计算相应的下行预编码矢量进行下行预编码生成的发送信号经过信道后的信号。
16.根据权利要求15所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法,其特征在于:所述的卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延,由用户终端依据接收到的同步信号估计得到,或由用户终端和卫星的位置信息计算得到;随着卫星或用户终端的移动,动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息,频率和时间补偿量随之自适应地变化。
17.大规模MIMO卫星移动通信下行传输卫星侧设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求13所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
18.大规模MIMO卫星移动通信下行传输用户终端设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求15或16所述的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
19.大规模MIMO卫星移动通信下行传输系统,包括卫星和用户终端,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述卫星或与其相联系的信关站用于:
利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的下行预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于遍历可达和速率的迭代算法,包括:依据遍历可达和速率最大化准则设计下行预编码矢量,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与遍历可达速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态实施下行传输过程;
所述用户终端用于:周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息;接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿。
20.大规模MIMO卫星移动通信下行传输系统,包括卫星和用户终端,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述卫星或与其相联系的信关站用于:
利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的下行预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于遍历可达和速率上界的简化迭代算法,包括:依据遍历可达和速率上界最大化准则设计下行预编码矢量,通过构造接收处理矢量,并利用最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态实施下行传输过程;
所述用户终端用于:周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息;接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿。
21.大规模MIMO卫星移动通信下行传输系统,包括卫星和用户终端,其特征在于:所述卫星配置天线阵列,与其覆盖区内配置多个天线或单个天线的用户终端进行通信;所述卫星或与其相联系的信关站用于:
利用包括空间角度信息与平均信道能量在内的各用户终端的统计信道信息,依据所有用户的遍历可达和速率或其上界最大化准则,通过迭代算法,计算与每一个用户终端相应的下行预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
所述迭代算法,将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘子计算下行预编码矢量;所述的迭代算法为基于拉格朗日乘子的简化迭代算法,包括:依据遍历可达和速率上界最大化准则设计下行预编码矢量,将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘子计算下行预编码矢量;由拉格朗日乘子计算预编码矢量的方法为,包括:用户k的预编码矢量的方向为,通过利用拉格朗日乘子、用户平均信道能量和噪声方差参数对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后与单位矩阵相加,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,并经过范数归一化后得到的单位矢量;所有用户预编码矢量的功率排列成的列矢量为,通过利用所有用户的拉格朗日乘子、用户平均信道能量、噪声方差和预编码矢量的方向参数得到一个矩阵,并将其逆矩阵与全一矢量相乘后得到的矢量;
在卫星或各用户终端的移动过程中,随着统计信道信息的变化,动态实施下行传输过程;
所述用户终端用于:周期性地向卫星发送探测信号,或者向卫星反馈用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息;接收卫星信号并利用卫星移动引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿。
说明书 :
大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法及系统
技术领域
背景技术
然无法接入通信网络。为了真正实现全球无缝覆盖,利用高轨卫星、中轨卫星和低轨卫星的
卫星移动通信系统引起了人们广泛的关注。
大规模MIMO技术拓展应用于卫星移动通信系统,可以显著提高卫星移动通信系统的频谱效
率和功率效率。
卫星信道具有较大的多普勒扩展和传输延时,发送端往往难以获取准确的瞬时信道信息。
相比于瞬时信道信息,统计信道信息变化更加缓慢,更加有利于发送端准确地获取。此外,
由于卫星载荷的体积、重量和功率有限,预编码矢量还应该具有较低的计算复杂度。
发明内容
复杂度。
通信;所述方法包括:
一个用户终端相应的预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
子问题获得下行预编码矢量;或者将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优
化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚
拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子
问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗
日乘子计算下行预编码矢量;
星根据接收到的探测信号,估计各用户的空间角度信息或平均信道能量;所述的各用户终
端的反馈信息是用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息。
小均方误差与遍历可达速率的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划
子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子
问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的
外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩
阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量。
量,并利用最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化
为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;
所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星
侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户都相同的非负变量,
将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的
矢量。
求解转化为对拉格朗日乘子优化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢
量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与遍历可达速率上界的关系,将所述拉格朗
日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得
拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘子计算下行预编码矢量;由拉格朗日乘子
计算预编码矢量的方法为,包括:用户k的预编码矢量的方向为,通过利用拉格朗日乘子、用
户平均信道能量和噪声方差参数对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后
与单位矩阵相加,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,并经过范数归
一化后得到的单位矢量;所有用户预编码矢量的功率排列成的列矢量为,通过利用所有用
户的拉格朗日乘子、用户平均信道能量、噪声方差和预编码矢量的方向参数得到一个矩阵,
并将其逆矩阵与全一矢量相乘后得到的矢量。
下行预编码生成的发送信号经过信道后的信号。
算得到;随着卫星或用户终端的移动,动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息,频率和
时间补偿量随之自适应地变化。
大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
的大规模MIMO卫星移动通信下行传输方法。
联系的信关站用于:
相应的下行预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
子问题获得下行预编码矢量;或者将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优
化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚
拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子
问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗
日乘子计算下行预编码矢量;
移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿。
附图说明
些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些
附图获得其他实施例的附图。
具体实施方式
发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在
没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
或单个天线的用户终端进行通信。所述方法包括:
一个用户终端相应的预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
子问题获得下行预编码矢量;或者将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优
化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚
拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子
问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗
日乘子计算下行预编码矢量;
探测信号,估计各用户的空间角度信息或平均信道能量;所述的各用户终端的反馈信息是
用户的空间角度信息、平均信道能量或地理位置信息。
量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题
获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通
过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户
都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个
系数缩放后得到的矢量。
的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求
解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的
最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对
角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响
应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量。
而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与
遍历可达速率上界的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题
的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘
子计算下行预编码矢量;由拉格朗日乘子计算预编码矢量的方法为,包括:用户k的预编码
矢量的方向为,通过利用拉格朗日乘子、用户平均信道能量和噪声方差参数对所有用户的
卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后与单位矩阵相加,将所得矩阵的逆矩阵与用户k
的卫星侧阵列响应矢量相乘,并经过范数归一化后得到的单位矢量;所有用户预编码矢量
的功率排列成的列矢量为,通过利用所有用户的拉格朗日乘子、用户平均信道能量、噪声方
差和预编码矢量的方向参数得到一个矩阵,并将其逆矩阵与全一矢量相乘后得到的矢量。
括空间角度信息与平均信道能量的统计信道信息计算相应的下行预编码矢量进行下行预
编码生成的发送信号经过信道后的信号。
终端的移动,动态地更新多普勒频移、最小传播时延信息,频率和时间补偿量随之自适应地
变化。
明的技术思路利用现有知识根据具体场景做适应性调整。
根据数量和易于安装等要求排成不同的形状。最基本的是二维均匀面板天线阵列(Uniform
Planar Array,UPA),即天线单元在横向和纵向均匀排列,相邻天线单元的间距可以为λ/2
或 其中λ为载波波长。
配备UPA,x'轴和y'轴方向的天线单元个数分别为Nx'和Ny',则N=Nx'Ny'为用户侧配备的总天
线数。记 表示所有n×m维复(实)数矩阵所构成的集合。在下行链路中,用户k
与卫星之间随时间t和频率f变化的信道矩阵可以表示为
延。向量 和 分别为用户侧和卫星侧的阵列响应矢量,它们对应用户k信
道的第 条径。
卫星距离地面用户较远,卫星移动所引起的多普勒频移 可以认为对用户k信道的不同传
播路径 都是相同的,因此记 另一方面,用户移动所引起的多普勒频
移 对不同传播路径 一般都是不同的。
最大传播时延, 为用户k信道的时延扩展。
列,只需将aL(φ)换成其对应的阵列响应矢量即可。
响应矢量 可以简记为
对用户k信道的不同路径 是独立同分布的,则 可以表示为
矩阵可以表示为
测信号,卫星根据接收到的探测信号,估计各用户的空间角度和平均信道能量信息。具体
地,参数 和 的估计值可以通过经典的到达角估计算法获得,例如MUSIC算法、ESPRIT算
法、Unitary ESPRIT算法等;参数βk的估计值可以通过统计参数估计算法获得。
得,其中地理位置信息也可以借助全球定位系统获得。在终端反馈地理位置信息的情况下,
卫星侧利用终端的地理位置信息及卫星的位置信息得到各用户的空间角度信息。
多普勒频移和长距离传播的最小传播时延,对其接收信号进行频率和时间补偿。卫星移动
引起的多普勒频移和长距离传播的最小传播时延,由终端依据接收到的同步信号估计得
到,或由终端和卫星的位置等信息计算得到。随着卫星或用户的移动,动态地更新多普勒频
移、最小传播时延等信息,频率和时间补偿量等随之自适应地变化。
间长度为Tsc=NscTs,CP时间长度为Tcp=NcpTs。
为用户k的信道矩阵。记用户下标集合为 通过在卫星侧实
施下行预编码,用户k的接收信号可以表示为
侧最大发送功率。记0为全零向量,In为n×n的单位矩阵, 表示均值为0,协方差
矩阵为σ2In的循环对称复高斯分布。式(23)中, 为用户k的加性高斯白噪声,且满足
分布 其中 为噪声方差。
的预编码矢量。针对预编码矢量设计,本发明提出了三种仅利用包括空间角度与平均信道
能量的统计信道信息进行预编码设计的迭代算法,包括基于遍历可达和速率的迭代算法、
基于遍历可达和速率上界的简化迭代算法、基于拉格朗日乘子的简化迭代算法。
量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求解凸二次规划子问题
获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的最优预编码矢量为,通
过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对角线上载入对所有用户
都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响应矢量相乘,再经过一个
系数缩放后得到的矢量。
本实施例利用遍历可达和速率的闭合上界,提出了两种预编码设计的简化算法,包括基于
遍历可达和速率上界的简化迭代算法和基于拉格朗日乘子的简化迭代算法。
的关系,将预编码矢量设计问题的求解转化为多次凸二次规划子问题的求解,通过迭代求
解凸二次规划子问题获得下行预编码矢量;所述凸二次规划子问题在每次迭代中用户k的
最优预编码矢量为,通过对所有用户的卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后在其对
角线上载入对所有用户都相同的非负变量,将所得矩阵的逆矩阵与用户k的卫星侧阵列响
应矢量相乘,再经过一个系数缩放后得到的矢量。
而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚拟最小均方误差与
遍历可达速率上界的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子问题
的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗日乘
子计算下行预编码矢量;由拉格朗日乘子计算预编码矢量的方法为,包括:用户k的预编码
矢量的方向为,通过利用拉格朗日乘子、用户平均信道能量和噪声方差参数对所有用户的
卫星侧阵列响应矢量的外积加权求和,然后与单位矩阵相加,将所得矩阵的逆矩阵与用户k
的卫星侧阵列响应矢量相乘,并经过范数归一化后得到的单位矢量;所有用户预编码矢量
的功率排列成的列矢量为,通过利用所有用户的拉格朗日乘子、用户平均信道能量、噪声方
差和预编码矢量的方向参数得到一个矩阵,并将其逆矩阵与全一矢量相乘后得到的矢量。
成的向量,则所述的拉格朗日乘子优化问题可以表示为
可以发现,rk等于用户k在虚拟上行链路中的速率。
终端的频率和时间补偿量等也随之自适应地变化。
可达和速率性能对比曲线。从图4可以看出,基于遍历可达和速率的迭代算法、基于遍历可
达和速率上界的简化迭代算法和基于拉格朗日乘子的简化迭代算法具有几乎相同的遍历
可达和速率性能,它们相比ASLNR预编码有大约3dB的性能提升。此外,所提方法在20dB信噪
比时的下行遍历可达和速率约为传统四色复用方法的9倍。
计算机程序,该计算机程序被加载至处理器时实现上述的应用于卫星或信关站的大规模
MIMO卫星移动通信下行传输方法。
制本发明方案程序执行的集成电路。通信总线可包括一通路,在上述组件之间传送信息。通
信接口,使用任何收发器一类的装置,用于与其他设备或通信网络通信。存储器可以是只读
存储器(ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备,随机存取存储器(RAM)
或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备,也可以是电可擦可编程只读存储器
(EEPROM)、只读光盘(CD-ROM)或其他光盘存储、盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够
用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何
其他介质,但不限于此。存储器可以是独立存在,通过总线与处理器相连接。存储器也可以
和处理器集成在一起。
理器可以包括一个或多个CPU,也可以包括多个处理器,这些处理器中的每一个可以是一个
单核处理器,也可以是一个多核处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或
用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
的计算机程序,该计算机程序被加载至处理器时实现上述应用于用户终端的大规模MIMO卫
星移动通信下行传输方法。具体实现中,该用户终端设备包括处理器,通信总线,存储器以
及通信接口,其形式可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、
计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备。
户终端进行通信;所述卫星或与其相联系的信关站用于:
相应的下行预编码矢量,然后利用所得到的矢量进行下行预编码传输;
子问题获得下行预编码矢量;或者将预编码矢量设计问题的求解转化为对拉格朗日乘子优
化问题的求解,进而通过构造虚拟上行链路中的接收处理矢量,并利用虚拟上行链路中虚
拟最小均方误差与速率的关系,将所述拉格朗日乘子优化问题的求解转化为多次凸优化子
问题的求解,通过迭代求解凸优化子问题获得拉格朗日乘子,并利用最终所得到的拉格朗
日乘子计算下行预编码矢量;
移和长距离传播的最小传播时延对下行接收信号进行频率和时间补偿。
处不再赘述。本发明所未涉及的内容均为现有技术。
盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。