面向大規(guī)模mimo tdd系統(tǒng)的3d波束成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低復(fù)雜度的面向大規(guī)模MIMO?TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，3D波束成形是水平和垂直波束成形的直積，水平和垂直維度的波束成形均是雙層預(yù)編碼，由DFT預(yù)波束成形和SLNR預(yù)編碼構(gòu)成；根據(jù)信道稀疏性，DFT預(yù)波束成形將小區(qū)在垂直維度上分為數(shù)個環(huán)形區(qū)域，在水平維度上分為多個子扇區(qū)；根據(jù)統(tǒng)計的CSIT，采用分離的用戶分組算法將用戶分配到各組中。處于同一子扇區(qū)的非相鄰組內(nèi)的用戶可以復(fù)用導(dǎo)頻，處于同一環(huán)形區(qū)域的非相鄰組內(nèi)的用戶也可以復(fù)用導(dǎo)頻，SLNR預(yù)編碼基于低階的瞬時等效CSIT獲得。本發(fā)明具有較低的計算復(fù)雜度，同時也降低了導(dǎo)頻開銷，降低的計算復(fù)雜度和導(dǎo)頻開銷取決于被分割的組數(shù)；在基站天線數(shù)很多時，本方法的和速率逼近不分組系統(tǒng)。
【專利說明】面向大規(guī)模MIMO TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低復(fù)雜度的面向大規(guī)模MMO (多輸入多輸出)TDD (時分雙工)系統(tǒng)的3D (三維)波束成形方法，屬于無線通信技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]大規(guī)模MMO是實現(xiàn)下一代移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。但是在基站的水平維度配置過多天線不易實現(xiàn)，由此提出3D ΜΜ0。3D MMO克服了基站的這種限制，將天線放置在二維的平面上。垂直維度的基站天線形成垂直波束，可以提供更多的自由度。垂直波束和水平波束共同構(gòu)成了 3D波束。3D波束可以識別具有相同水平角的用戶。目前相關(guān)文獻中提出的基于Kronecker積的碼書適用于3D MIMO FDD系統(tǒng)。然而，在該系統(tǒng)中，每次只能調(diào)用2個用戶，沒有充分發(fā)揮3D MIMO系統(tǒng)的長處。
[0003]為了有效實現(xiàn)3D波束成形，基站需要知道準確的CSIT。在FDD系統(tǒng)中，瞬時的CSIT是通過用戶反饋至基站得到的。而且FDD系統(tǒng)所需要的下行訓(xùn)練量正比于基站天線數(shù)。當(dāng)基站天線數(shù)很多時，利用FDD估計CSIT就會變得困難。因此，大規(guī)模MMO更傾向于使用TDD模式來得到CSIT，TDD模式的導(dǎo)頻開銷正比于用戶數(shù)，在大規(guī)模MMO系統(tǒng)中，該導(dǎo)頻開銷遠小于FDD模式。然而3D MMO系統(tǒng)主要受益于多用戶分集增益，因此降低3D大規(guī)模MMO TDD系統(tǒng)的導(dǎo)頻開銷也十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種低復(fù)雜度的面向大規(guī)模MMO TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，是一種基于信道稀疏性設(shè)計的一種大規(guī)模MMO下的3D波束形成方案，能夠有效降低計算復(fù)雜度和導(dǎo)頻開銷。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]面向大規(guī)模MMO TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，基于信道稀疏性進行大規(guī)模MMO下的3D波束形成，包括如下步驟:
[0007]步驟一、利用信道稀疏性，DFT (離散傅里葉變換)預(yù)波束成形將小區(qū)在水平方向分割成若干子扇區(qū)、在垂直方向分割成若干環(huán)形區(qū)域；
[0008]步驟二、
[0009]采用分離的用戶分組算法對用戶進行三維分組，先把用戶分到垂直維度的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，再將垂直維度的各環(huán)形區(qū)域內(nèi)的用戶分到相應(yīng)的水平維度的子扇區(qū)內(nèi)，用戶的所在小組的代號由環(huán)形區(qū)域的代號和子扇區(qū)的代號共同構(gòu)成；處于同一子扇區(qū)的非相鄰組內(nèi)的用戶可以復(fù)用導(dǎo)頻，處于同一環(huán)形區(qū)域的非相鄰組內(nèi)的用戶也可以復(fù)用導(dǎo)頻，基站獲取CSIT ；
[0010]步驟三、在每組用戶內(nèi)，采用SLNR (信漏噪比)最大策略調(diào)度用戶；
[0011]步驟四、結(jié)合各組的DFT預(yù)波束成形，首先得到低階的瞬時等效CSIT，再計算SLNR預(yù)編碼，在計算SLNR預(yù)編碼時綜合考慮組內(nèi)干擾和相鄰組間干擾；[0012]步驟五、3D波束成形方案是水平和垂直波束成形的直積，水平和垂直維度的波束成形為雙層預(yù)編碼，由DFT預(yù)波束成形和SLNR預(yù)編碼構(gòu)成。
[0013]進一步地，所述基站位于小區(qū)的中心，服務(wù)多個用戶，所述用戶為單天線用戶；基站的位置高于周圍的建筑物高度，用戶位于街道平面上；基站天線是NXM維的矩形陣列天線，每行配置M根天線單元，共有N行；
[0014]所述步驟一中，將小區(qū)在水平方向分割成G個子扇區(qū)、在垂直方向分割成L個環(huán)形區(qū)域，則各組的水平維度的DFT預(yù)波束成形為Bg，H=FH[:，(g-l)rH+(l:rH)], (g=l,…，G)，其
中Fh∈Cm*m 為DFT矩陣，
【權(quán)利要求】
1.面向大規(guī)模MMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:基于信道稀疏性進行大規(guī)模MMO下的3D波束形成，包括如下步驟: 步驟一、利用信道稀疏性，DFT預(yù)波束成形將小區(qū)在水平方向分割成若干子扇區(qū)、在垂直方向分割成若干環(huán)形區(qū)域； 步驟二、采用分離的用戶分組算法對用戶進行三維分組，先把用戶分到垂直維度的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，再將垂直維度的各環(huán)形區(qū)域內(nèi)的用戶分到相應(yīng)的水平維度的子扇區(qū)內(nèi)，用戶的所在小組的代號由環(huán)形區(qū)域的代號和子扇區(qū)的代號共同構(gòu)成；處于同一子扇區(qū)的非相鄰組內(nèi)的用戶可以復(fù)用導(dǎo)頻，處于同一環(huán)形區(qū)域的非相鄰組內(nèi)的用戶也可以復(fù)用導(dǎo)頻，基站獲取 CSIT ； 步驟三、在每組用戶內(nèi)，采用SLNR最大策略調(diào)度用戶； 步驟四、結(jié)合各組的DFT預(yù)波束成形，首先得到低階的瞬時等效CSIT，再計算SLNR預(yù)編碼，在計算SLNR預(yù)編碼時綜合考慮組內(nèi)干擾和相鄰組間干擾； 步驟五、3D波束成形方案是水平和垂直波束成形的直積，水平和垂直維度的波束成形為雙層預(yù)編碼，由DFT預(yù)波束成形和SLNR預(yù)編碼構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大規(guī)模MIMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:所述基站位于小區(qū)的中心，服務(wù)多個用戶，所述用戶為單天線用戶；基站的位置高于周圍的建筑物高度，用戶位于街道平面上；基站天線是NXM維的矩形陣列天線，每行配置M根天線單元，共有N行； 所述步驟一中，將小區(qū)在水平方向分割成G個子扇區(qū)、在垂直方向分割成L個環(huán)形區(qū)域，則各組的水平維度的DFT預(yù)波束成形為Bg，H=FH[:，(g-l)rH+(l:rH)], (g=l,…，G)，其中Fh e..為DFT矩陣，rH = ,各組的垂直維度的DFT預(yù)波束成形為B1 V=FV[:, (1-1)n丄，VV

Nrv+(l:1v)]，(1=1，…，L)，其中 Fv G Λ…為 DFT 矩陣=—。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向大規(guī)模MIMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:所述步驟二中，記小區(qū)內(nèi)所有用戶數(shù)為K，使用分離的用戶分組算法對用戶進行三維分組，具體描述為: St印2-1:對于1=1，…，L，位于環(huán)形區(qū)域I內(nèi)的所有用戶的集合^ = 0對于1=1，…，L、g=l，一，G，位于環(huán)形區(qū)域1、子扇區(qū)g內(nèi)的所有用戶記為第(l，g)組用戶，第(l，g)組用戶的集合1=0; Step2-2:對于用戶k=l，…，K，對水平和垂直信道協(xié)方差陣Rtl^P Rtv進行特征值分解，得到Uk’H和Utv ； St印2-3:對于用戶k=l，…，K，找到環(huán)形區(qū)域Uhargmjn將用戶k加入到集合7；中，即U ； St印2-4.υ” 1=1，…山找到子扇區(qū)g，g = argmjti|uL—將用戶t加入到集合Ag中，即-%、g u !Λ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向大規(guī)模MIMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:所述步驟三中，采用SLNR最大策略調(diào)度用戶時，令第(l，g)組的調(diào)度用戶數(shù)為S1；g=min(rH, rv),若第(1，g)組的被調(diào)度用戶數(shù)為I^g ( min (rH, rv),則全部調(diào)度；該調(diào)度算法具體描述為: Step3-1:初始化R ? =0如果Ku ( min(rH, rv),貝U D1；g=T1；g,同時退出調(diào)度算法,否則執(zhí)行 Step3_2 ； Step3-2:循環(huán)遍歷第(1，g)組內(nèi)的每一個用戶，求解出每個用戶對其他用戶的SLNR,對于用戶
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向大規(guī)模MIMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:所述步驟四中: 第(1，g)組的第s個用戶的水平SLNR預(yù)編碼為:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的面向大規(guī)模MIMO TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，其特征在于:所述步驟五中:基站發(fā)射的3D波束成形為
【文檔編號】H04B7/04GK103957041SQ201410101271
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】黃永明, 范立行, 楊綠溪, 姜蕾, 王剛 申請人:東南大學(xué), 日電（中國）有限公司