一种适用于XL-MIMO系统的混合分布式基带处理架构及方法

本发明属于移动通信技术，尤其涉及一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理架构及方法。

背景技术：

1、在多用户xl-mimo系统中，下行预编码和上行信号检测等信号处理技术是多天线系统具有高频谱效率和能量效率的关键使能技术。但传统的集中式信号处理算法面临计算复杂度高和信息交互量高两大瓶颈。随着未来超大规模天线阵列走向应用，信道矩阵和预编码矩阵维度将会大幅增高，传统集中式信号处理算法的实现难度急剧增加。

2、经过对现有技术的检索发现，xiaotong zhao等人在“communication-efficientdecentralized linear precoding for massive mu-mimo systems”ieee transactionson signal processing,2023,7(4):491-507中针对下行多用户xl-mimo系统，在星型分布式基带处理架构下提出了一种分布式dr-wmmse预编码算法。但该算法工作只适用于下行的分布式星型架构，不能推广到其他架构。kaipeng li等人在“decentralized linear mmseequalizer under colored noise for massive mimo systems.”in proc.ieee globalcommun.conf.,2021,01-06中针对上行多用户xl-mimo系统提出了，在链式分布式基带处理架构下提出了一种最优的bcd-mmse信号检测算法。但该算法工作只适用于上行的分布式链式架构，不能推广到其他架构。因此，本发明提出一种适用于上行信号检测和下行预编码的通用分布式基带处理架构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理架构及方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理架构，包括一个中心单元(cu)和多个(c个)分布式单元(du)，基站天线被划分成c个天线簇，每个天线簇和一个du相连接。此外，cu与所有的du之间双向连接，du之间采用链式连接。

4、在混合分布式基带处理结构中，用户k的信道矩阵可以分解为其中每个块矩阵都存储在本地的du中。用户k的预编码矩阵可以结构化为因此，可以将式(1)中用户k处接收到的信号yk重写为

5、

6、其中是用户k的局部信道矩阵，是用户k的局部预编码矩阵。

7、一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理方法，基于上述架构包括以下步骤：

8、步骤1，各分布式单元执行并行预处理，具体包括以下子步骤：

9、步骤1.1，各分布式单元先计算本地信道相关阵hc(hc)h，其中hc表示第c个分布式单元到所有用户的信道矩阵；

10、步骤1.2，各分布式单元将步骤1.1中得到的矩阵发送给中心单元；

11、步骤2，中心单元对各分布式单元所得信息进行求和，得到信道相关矩阵；

12、步骤3，中心单元利用步骤2所得信道相关矩阵执行r-wmmse算法迭代，输出矩阵x；

13、步骤4，中心单元将步骤3中输出的矩阵x广播给所有分布式单元；

14、步骤5，各分布式单元在接收到中心节点发送的信息后，计算本地的预编码矩阵(hc)hx。

15、步骤6，中心单元进行变量更新，包括以下子步骤：

16、步骤6.1，计算每个用户的最小均方差接收矩阵：

17、步骤6.2，计算每个用户的加权矩阵：

18、步骤6.3，中心单元将所有用户的wk,uk广播给所有分布式单元，并将q＝hp发送给分布式单元1；

19、步骤7，各分布式单元依次串行更新本地预编码矩阵，然后更新矩阵q并将其发送给下一个分布式单元；

20、步骤8，重复步骤6-7直到系统容量收敛。

21、本发明的有益效果是：通过使用本发明中所提供的混合分布式架构，可以有效利用到星型和链式架构各自的优点，显著降低分布式单元间的信息交互量，实现单独星型或链式架构所不能完成的分布式基带处理任务。

技术特征：

1.一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理架构，其特征在于，包括一个中心单元cu和多个分布式单元du，基站天线被划分成c个天线簇，每个天线簇和一个du相连接；cu与所有的du之间双向连接，du之间采用链式连接；

2.一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理方法，基于权利要求1所述架构，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理方法，其特征在于，单天线功率约束下，所述r-wmmse算法如下：

4.如权利要求2所述一种适用于xl-mimo系统的混合分布式基带处理方法，其特征在于，单天线功率约束下，所述d-papc-wmmse算法包括三个主要迭代步骤：

技术总结
本发明公开了一种适用于XL‑MIMO系统的混合分布式基带处理架构及方法，包括以下步骤：各分布式单元先计算本地信道相关阵，并将其发送给中心单元。中心单元在收到信息后，对各分布式单元所得信息进行合并，得到信道相关矩阵。然后中心单元执行R‑WMMSE算法迭代，输出矩阵X并将其广播给所有分布式单元。各分布式单元在接收到中心节点发送的信息后，计算本地的预编码矩阵。接下来进行D‑PAPC‑WMMSE迭代，中心单元更新W<subgt;k</subgt;,U<subgt;k</subgt;并广播给所有分布式单元，各分布式单元更新本地预编码矩阵，然后更新矩阵Q并将其发送给下一个分布式单元，直到算法收敛。本发明方法能够有效降低XL‑MIMO系统中下行基带信号传输的通信带宽。

技术研发人员：史清江,赵小彤,高帅
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5