一种适用于宽带集群系统的自适应切换波束赋形方法

摘要

本发明公开了一种适用于宽带集群系统的自适应切换波束赋形方法，对用户进行分簇，根据情况采用簇内用户平均角度或全部角度来计算信道矩阵，对信道矩阵进行简化，从而进行波束赋形向量的计算，并且采用迭代计算波束赋形向量的方法来弥补接收信噪比的降低。本发明利用成簇用户之间信道的相关性，降低波束赋形向量的计算复杂度，同时本发明由基站根据用户数量与角度进行判断，采用适当的波束赋形方案，实现对波束赋形的自适应切换。

主权项

一种适用于宽带集群系统的自适应切换波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、基站搜集其覆盖范围内的用户数量M与各用户的角度φ_i,1≤i≤M，获得信道矩阵H＝{h₁,…,h_i,…,h_M}和各用户的最小接收信噪比γ_i，其中$h_i=v\left({\theta }_i\right)={[1,e^{j{\theta }_i},e^{j2{\theta }_i},...,e^{j(N-1){\theta }_i}]}^T,$N表示基站发射天线数量，θ_i＝‑2πcosφ_i/λ,i∈{1,…M}，λ为载波波长，φ_i是用户的波达角度；(2)、根据实际情况设置用户数量阈值M_th，如果用户数量M≥M_th，进入步骤(4)；如果用户数量M＜M_th，进入步骤(3)；(3)、根据各用户的角度φ_i，采用现有的QoS准则或最大化最小接收信噪比MMF准则进行波束赋形，本次波束赋形结束；(4)、设置用户角度间距阈值α，对用户角度进行分簇，如果存在分簇，进入步骤(6)；如果所有用户角度属于同一簇，进入步骤(5)；(5)、基站向各用户以广播方式传递信息，本次波束赋形结束；(6)、记簇群的个数为K，即M个用户分在K个簇内，第k个簇内用户集合为其中k的取值范围为1≤k≤K，|C_k|表示第k个簇内用户的个数，表示第k个簇内的第n个用户，1≤n≤|C_k|；设置簇群用户数阈值C_th，如果|C_k|≥C_th，则根据簇内用户的角度信息求出平均角度，令φ_k等于所求出的平均角度：${\phi }_k=\frac{\underset{n=1}{\overset{\left|C_k\right|}{\Sigma }}{\phi }_k^n}{\left|C_k\right|},$如果|C_k|＜C_th，则取该簇内所有用户的角度，令(7)、构建等效信道矩阵H^*＝{h₁,…,h_k,…,h_K}，其中，$h_k=v\left({\theta }_k\right)={[1,e^{j{\theta }_{\text{k}}},e^{j2{\theta }_k},...,e^{j(N-1){\theta }_k}]}^T,$θ_k＝‑2πcosφ_k/λ，N为基站发射天线数量，λ为载波波长；对于采用平均角度的簇群，第i个用户的最小接收信噪比γ_i映射到对应的簇内，得到簇内用户的最小接收信噪比中的最大值，令γ^k等于所得到的最大值：对于采用所有角度的簇群，令γ^k等于簇内用户接收信噪比矩阵：${\gamma }^k=[{\gamma }_1^k,{\gamma }_2^k...,{\gamma }_{\left|C_k\right|}^k];$(8)、根据等效信道矩阵H^*和簇内用户接收信噪比γ^k，根据波束赋形策略计算波束赋形向量w：如果波束赋形策略为QoS准则，根据等效信道矩阵H^*和簇内用户接收信噪比γ^k计算波束赋形向量w；如果波束赋形策略为最大化最小接收信噪比MMF准则，根据等效信道矩阵H^*和基站的受限发射功率P计算波束赋形向量w，其中受限发射功率P根据基站实际情况确定；(9)、根据步骤(8)求得的波束赋形向量w和实际信道矩阵H，计算用户i的实际接收信噪比γ′_i，如果γ′_i≥γ_i，接收信噪比合格，令放缩系数Scale_i＝1；如果γ′_i＜γ_i，则接收信噪比不合格，令放缩系数Scale_i＝γ_i/γ′_i；统计放缩系数Scale_i＝1的用户数，计算用户接收信噪比合格率G，如果G≥G_th，G_th表示合格率阈值，则用户接收信噪比合格率满足要求，结束本次波束赋形；如果G＜G_th，则对用户进行放缩；对于第k簇内用户的放缩为：${\mathrm{Scale}}^k=\underset{c_n^k\in C_k}{\max }{\mathrm{Scale}}_n$对应的γ^k更新为γ^k＝γ^k*Scale^k，返回步骤(8)重新计算波束赋形向量w。