3d mimo系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合sdma方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種3D MIMO系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，包括以下步驟：1、信道估計(jì)及相關(guān)矩陣計(jì)算；2、構(gòu)造分簇基矩陣；3、用戶分簇；4、用戶特征方向選??；5、用戶分組；6、下行數(shù)據(jù)發(fā)送。本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明設(shè)計(jì)的分簇基能夠聯(lián)合實(shí)現(xiàn)水平和垂直方向的用戶分簇和分組，使得基站對(duì)用戶的對(duì)準(zhǔn)精度大大提升；本發(fā)明只需長(zhǎng)時(shí)反饋用戶所對(duì)應(yīng)的發(fā)送端相關(guān)矩陣，無需實(shí)時(shí)量化反饋信道狀態(tài)信息，從而能夠極大減輕上行鏈路的負(fù)載；本發(fā)明采用了分簇和分組的方法，能夠靈活高效地利用基站多天線所提供的空域自由度，從而增加了用戶數(shù)目；本發(fā)明操作步驟簡(jiǎn)單，便于實(shí)際應(yīng)用。
【專利說明】3D ΜΙΜΟ系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙維度聯(lián)合SDMA方法，具體涉及一種3D ΜΙΜΟ系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信 息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足未來用戶不斷提高的服務(wù)質(zhì)量要求，第五代移動(dòng)通信技術(shù)的研究工作致力 于實(shí)現(xiàn)"10年千倍"的目標(biāo)。3D ΜΜ0技術(shù)有望成為極大提升系統(tǒng)性能的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。有 別于傳統(tǒng)的只考慮水平維度的信道信息的通信系統(tǒng)，3D ΜΙΜΟ系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信道垂直維 度自由度的利用，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)平均容量和改善邊緣小區(qū)用戶容量。3D ΜΙΜΟ技術(shù)需 要在基站采用有源天線陣列，這樣一來就使得系統(tǒng)的復(fù)雜度和反饋量急劇增加。此外，傳統(tǒng) 的預(yù)編碼方法都是針對(duì)水平維度信道信息設(shè)計(jì)的，無法直接應(yīng)用于3D ΜΙΜΟ系統(tǒng)。因此，降 低系統(tǒng)復(fù)雜度和反饋量是3D ΜΜ0技術(shù)研究的一個(gè)重點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有的3D ΜΜ0技術(shù)研究中，通常采用以下方法提升系統(tǒng)性能：
[0004] 1、通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)基站天線的下傾角，在垂直方向?qū)崿F(xiàn)小區(qū)分裂。這一方法能夠有 效減少用戶的反饋，但由于不能精確對(duì)準(zhǔn)用戶，并未充分利用垂直維度的信道信息，在性能 上的提升較為有限。
[0005] 2、各用戶實(shí)時(shí)反饋其信道狀態(tài)信息，基站根據(jù)用戶的反饋進(jìn)行用戶配對(duì)，使得空 間分離的用戶實(shí)現(xiàn)SDMA。這一方法靈活度不高，并不能充分利用基站大規(guī)模天線的空域自 由度，而且由于基站天線數(shù)目的大量增加，所需要的實(shí)時(shí)反饋量也相應(yīng)增多，增加了上行鏈 路的負(fù)載，反饋量和準(zhǔn)確度之間的矛盾使其難以應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種3D ΜΜ0系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信 息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，該方法用戶對(duì)準(zhǔn)精度高、反饋負(fù)載小、空域自由度利用率高、算 法復(fù)雜度較低。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0008] -種3D ΜΜ0系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，其特征在于，基站采 用均勻矩形有源陣列天線，假設(shè)陣元排列為Μ行N列，則基站天線總數(shù)目為N T = MXN，且每 個(gè)陣元的權(quán)值可動(dòng)態(tài)調(diào)整，該方法包括以下步驟：
[0009] (1)信道估計(jì)及計(jì)算相關(guān)矩陣：
[0010] 用戶通過信道估計(jì)得到下行的三維信道矩陣，用戶k的信道矩陣表示為：
[0011] Hk= [h1； h2,..., hMXN] e C1X(MXN)
[0012] 其中，h為基站的第1根天線與用戶天線之間的信道響應(yīng)，1 = 1，2，...，MXN，， 按照先行后列的順序?qū)μ炀€陣列進(jìn)行編號(hào)；
[0013] 每個(gè)用戶按照下式計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的基站端的發(fā)送相關(guān)矩陣：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 3D MIMO系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，其特征在于，基站采用均勻 矩形有源陣列天線，假設(shè)陣元排列為M行N列，則基站天線總數(shù)目為NT = MXN，且每個(gè)陣元 的權(quán)值可動(dòng)態(tài)調(diào)整，該方法包括以下步驟： (1) 信道估計(jì)及計(jì)算相關(guān)矩陣： 用戶通過信道估計(jì)得到下行的三維信道矩陣，用戶k的信道矩陣表示為： Hk= [h1； h2,. . . , hMXN] G C1X(MXN) 其中，h為基站的第1根天線與用戶天線之間的信道響應(yīng)，1 = 1，2, ...，MXN，按照先 行后列的順序?qū)μ炀€陣列進(jìn)行編號(hào)； 每個(gè)用戶按照下式計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的基站端的發(fā)送相關(guān)矩陣：
其中，Hf表示對(duì)矩陣Hk進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置，E{HfHj:表示計(jì)算矩陣HfL期望； (2) 構(gòu)造分簇基矩陣： 假定分簇總數(shù)目為V = VazXV#最終得到的分簇基矩陣為： [Uj, uv], 其中，vaz為水平基數(shù)目，Vd為垂直基數(shù)目； (3) 用戶分簇： 假如下式成立，那么將用戶k分在v簇中： i'ij
V簇中的用戶個(gè)數(shù)為Nv，對(duì)應(yīng)的用戶索引集合為Rv ; (4) 用戶特征方向選取： 計(jì)算v簇中的用戶k的發(fā)送特征值：
假如（Pk,丄彡a，則選擇方向i為用戶的特征方向，并將i存儲(chǔ)在集合Ik中； 假如（PW a，則將方向i留給其他用戶使用； 其中，ct為門限值； (5) 用戶分組： 根據(jù)步驟（4)中的用戶特征方向選取結(jié)果，對(duì)同簇的用戶按照以下思想進(jìn)行分組： 特征方向數(shù)目最多的用戶優(yōu)先成組，然后再將與該組已有用戶特征方向正交的用戶加 入組中，更新分組； 循環(huán)以上過程，直到所有用戶完成分組； (6) 下行數(shù)據(jù)發(fā)送： 基站端對(duì)不同的分組以不同時(shí)頻資源塊加以區(qū)分，組內(nèi)采用SDMA，下行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，v 簇的1組中的用戶k的接收信號(hào)為：
其中，Hk和nk分別為用戶k的信道矩陣和接收端噪聲， Sj是用戶j的發(fā)送符號(hào)向量，IMI = |1」， gv>1表示v簇的1組中的用戶集合， Ij為用戶j所選的特征方向的集合， <&是￥簇中的用戶j的預(yù)編碼矩陣， I I X I I表示取矢量X的模值， X|表示取集合X的元素總數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D MIMO系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，其特 征在于，在步驟（2)中，構(gòu)造分簇基矩陣的過程按照以下步驟進(jìn)行： 2a、將大小為N*N的DFT矩陣WDFT經(jīng)過角度旋轉(zhuǎn)得到Vaz個(gè)水平基：
2b、采用與步驟2a相同的方法，將大小為M*M的DFT矩陣經(jīng)過角度旋轉(zhuǎn)得到Vel個(gè)垂直 基：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D MIMO系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，其特 征在于，在步驟（5)中，假設(shè)v簇中的用戶個(gè)數(shù)為Nv，用戶的索引為集合Rv，根據(jù)每個(gè)用戶所 占用的特征方向的個(gè)數(shù)將Rv劃分為NT個(gè)子集，子集Rv，m中的用戶均占用m個(gè)特征方向，則 有：
基于以上的假設(shè)，用戶分組按照如下步驟進(jìn)行： 3a、子集中的用戶自身成組，構(gòu)成% |個(gè)組，有：
3b、按照m從NT至1遞減的次序搜索非空子集Rv，m，取子集R v，m中的用戶j作為第一個(gè) 進(jìn)行分組的用戶，設(shè)f=//，gv，：= {j}，從子集Rv，m中刪除用戶j ; 3c、假如
假如
3d、搜索子集Rv^中的用戶， 如果存在j e Rv，m,且心門/ = 0，則更新/'(U/，從子集Rv，m,中刪除j ; 否則，更新m' =m' -1，繼續(xù)搜索； 如果m' -1=0,則轉(zhuǎn)至步驟3f; 36、假如/>/，轉(zhuǎn)至步驟3€; 否則，更新m' =min(m'，NT-|l|)，返回步驟3d繼續(xù)分組； 3f、更新J = J+1，返回步驟3b，直到Rv中的用戶全部完成分組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D MIMO系統(tǒng)中基于統(tǒng)計(jì)信息的雙維度聯(lián)合SDMA方法，其特 征在于，在步驟（6)中，v簇內(nèi)組1中的用戶j預(yù)編碼矩陣FfP按照如下方法進(jìn)行： 4a、根據(jù)用戶j的特征方向集合L所對(duì)應(yīng)的特征方向索引，將單位陣I<v^主對(duì)角線上 除位置L外的其它元素全部置零，并對(duì)矩陣乘^
#到功率分配矩陣A ^其中，P為發(fā) 端總功率，I Ij I表示集合Ij中的元素個(gè)數(shù)； 4b、根據(jù)步驟4a獲得的導(dǎo)到預(yù)編碼矩陣FfP :
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK104283593SQ201410531274
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】李勇朝, 井文文, 劉燦, 王偉, 馬克, 張海林 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)