利用信道均值信息的多用户下行三维统计波束成型自适应传输方法

摘要

本发明公开了一种利用信道均值信息的多用户下行三维统计波束成型自适应传输方法，基站采用均匀平面天线阵；该传输方法按以下步骤进行：对于FDD系统，各用户利用信道估计的结果计算自身的信道均值信息，即莱斯因子、信道均值垂直方向主模式和水平方向主模式，并反馈给基站。对于TDD系统，基站利用上行信道估计的结果计算各用户下行的信道均值信息。基站根据所得到的信道均值信息，选出服务用户，对服务用户进行预编码传输。本发明提供的利用信道均值信息的多用户下行三维统计波束成型自适应传输方法，有效地提高系统的鲁棒性，且能以较低的计算复杂度获取较高的平均互信息量。

主权项

一种利用信道均值信息的多用户下行三维统计波束成型自适应传输方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)基站信道均值信息的获取：基站采用均匀平面天线阵，该天线阵垂直方向有M行，水平方向每行有N个天线阵元，共M×N个天线阵元，每行及每列天线阵元均形成均匀线性天线阵，在水平和垂直方向上相邻天线阵元间距均为载波波长的一半，每个用户的接收天线数为1，总用户数为L；基站与用户i之间的归一化信道行向量为h_i，满足h_i的第(m‑1)N+n个元素(h_i)_(m‑1)N+n为基站第m行第n列的天线阵元与用户i之间的信道系数，上标代表共轭转置，E{·}代表求均值，(α)_i代表向量α的第i个元素；对于TDD系统，首先，基站利用上行信道估计的结果以及信道的互易性，获得基站至用户i的信道h_i；接着，基站计算用户i的信道均值和莱斯因子进而得到信道均值的垂直分量$a_i^{\left(v\right)}=[{\left({\bar{h}}_i\right)}_1,{\left({\bar{h}}_i\right)}_{N+1},{\left({\bar{h}}_i\right)}_{2N+1},...,{\left({\bar{h}}_i\right)}_{(M-1)N+1}]$和水平分量$a_i^{\left(h\right)}=[{\left({\bar{h}}_i\right)}_1,{\left({\bar{h}}_i\right)}_2,{\left({\bar{h}}_i\right)}_3,...,{\left({\bar{h}}_i\right)}_N],$并分别计算和其中F_M和F_N分别为M×M和N×N的DFT矩阵，F_M和F_N第m行第n列的元素分别为${\left[F_M\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{M}}{e}^{j2\pi (m-1)(n-1)/M}$和${\left[F_N\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j2\pi (m-1)(n-1)/N};$最后，基站分别找出其垂直方向主模式和水平方向主模式，即分别找出Λ_V,i和Λ_H,i对角元上最大的元素和相应的索引l_i和j_i，即其中和分别为Λ_V,i和Λ_H,i的第l_i和第j_i个对角元；对于FDD系统，首先，用户i利用下行信道估计的结果，获得基站至用户i的归一化信道向量h_i；接着，用户i计算其信道均值和莱斯因子进而得到其信道均值的垂直分量$a_i^{\left(v\right)}=[{\left({\bar{h}}_i\right)}_1,{\left({\bar{h}}_i\right)}_{N+1},{\left({\bar{h}}_i\right)}_{2N+1},...,{\left({\bar{h}}_i\right)}_{(M-1)N+1}]$和水平分量$a_i^{\left(h\right)}=[{\left({\bar{h}}_i\right)}_1,{\left({\bar{h}}_i\right)}_2,{\left({\bar{h}}_i\right)}_3,...,{\left({\bar{h}}_i\right)}_N],$并分别计算和其中F_M和F_N分别为M×M和N×N的DFT矩阵，F_M和F_N第m行第n列的元素分别为${\left[F_M\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{M}}{e}^{j2\pi (m-1)(n-1)/M}$和${\left[F_N\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j2\pi (m-1)(n-1)/N};$最后，用户i分别找出其垂直方向主模式和水平方向主模式，即分别找出Λ_V,i和Λ_H,i对角元上最大的元素和相应的索引l_i和j_i，并将K_i、l_i和j_i反馈给基站；(2)用户分类：基站根据各用户的l_i和j_i，i＝1,…,L，将用户分为M×N类，分类准则为：若l_i＝m且j_i＝n，则将用户i归入第(m,n)类；(3)用户调度：基站分别从每类用户中选出其莱斯因子最大的用户，即K_i最大的用户，若所选出的用户数大于系统最大用户数U，则在先前所选出的用户中选出莱斯因子最大的U个用户为服务用户，记为用户1，用户2，…，用户U；(4)对步骤(3)选出的用户，基站计算每个用户的预编码矢量：用户i的预编码矢量为其中，P发射总功率，为矩阵的第l_i列，为矩阵的第j_i列；(5)利用步骤(4)中计算出的预编码矢量对用户进行预编码传输。