[发明专利]统计特征模式的空分多址传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用多个发送和多个接收天线的多用户无线通信系统，尤其涉及一种利用长时统计信道状态信息的多用户多天线无线通信系统空分多址系统。

背景技术

为适应未来发展的需要，移动通信系统要求能够支持高达每秒数十兆甚至上千兆比特的高速分组数据传输，在无线资源日趋紧张的情况下，采用多天线发送和多天线接收(MIMO)无线传输技术，充分挖掘利用空间资源，最大限度地提高频谱利用率和功率效率，成为新一代移动通信标准3GPP LTE-Advanced(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，第三代合作伙伴计划长期演进高版本)研究的关键所在。

近年来，多用户MIMO无线传输技术研究在理论界和工业界都得到广泛的重视，由于上下行链路的非对称性，多用户MIMO信道分为上行多址接入信道(MAC)和下行广播信道(BC)，研究工作在这两个方面展开，重点则在下行链路。多用户MIMO无线传输技术的研究主要集中在基站已知瞬时/短时信道状态信息的情况，这些研究仅适用于固定和低速移动通信场景，针对中高速移动通信环境的多用户MIMO无线传输技术研究相对较少，而且仅考虑多用户MIMO传输上行多址接入信道，而利用长时统计信道状态信息的多用户MIMO无线传输方法研究尚少见报导。利用瞬时/短时信道状态信息的空分多址传输不仅不能适应中高速移动通信环境，而且涉及复杂的控制层资源调度、复杂的物理层实现、较高的信道信息获取与交互代价、以及较大的用户间干扰，难以有效地提高无线通信系统的频谱利用率、功率利用率和传输可靠性。为此，本发明给出一种利用长时统计信道状态信息的多用户空分多址技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用长时统计信道状态信息的多用户统计特征模式的空分多址传输方法，能够根据各用户信道的长时统计状态信息进行用户的特征模式聚类、空分用户组成组、以及空分多址传输。

技术方案：本发明的目的是提供一种利用长时统计信道状态信息的多用户统计特征模式的空分多址传输方法，该方法具体为：

a.基站侧的收发多天线配置为一个或多个天线阵列，每个天线阵列通过多个酉矩阵实现多个空间资源分割；

b.利用各用户信道在基站侧的长时统计相关矩阵，比较各个酉矩阵对用户信道相关矩阵的对角化性能，确定与长时统计相关矩阵特征模式匹配的酉矩阵，并计算出最优对角化后的相关矩阵，由此确定各用户所属的空间资源分割及其在该分割下所占用的空间方向，进而利用各用户所属的空间资源分割，对小区内的用户进行特征模式聚类；

c.利用各用户所占用的空间方向，对同一特征模式类的用户进行空分用户组的成组，形成可以通过空分多址共享同一时频资源的一个或多个空分用户组，各空分用户组中的不同用户所占的空间方向互不不同；

d.同一空分用户组中的用户利用其所属的空间资源分割进行空分多址传输，各个用户通过相应的酉矩阵的一个或多个列矢量实施长时统计特征模式传输，各个用户在长时统计特征模式下传输的信号包括专用导频信号和数据信号，数据信号可以是利用短时信道信息通过短时预编码生成的信号；

e.在各用户移动过程中，随着基站与各用户间信道的长时统计特性的变化，动态地实施前述用户特征模式聚类和空分用户组成组，形成更新后的特征模式用户类和空分用户组，并进而实施前述的特征模式空分多址传输。

所述的天线阵列中，各天线之间的间距小于载波的波长，当各天线采用全向天线或120度扇区天线或60度扇区天线时，各天线之间的间距为1/2波长或波长或1个波长；每个天线采用单极化或多极化天线；各个天线阵列之间间距大于载波的波长；所有各天线阵列中所有天线的方向图均对齐。

所述的酉矩阵，其每个列矢量对应一个空间方向，利用一个列矢量作为各天线的收发加权矢量，即实现在相应的空间方向上的收发；每个酉矩阵的各个矢量在同一时频资源上同时实现相互正交的空间方向上的收发，由此实现对空间资源的分割利用；不同的酉矩阵对应不同的空间资源分割；实现空间资源分割的酉矩阵采用离散傅里叶变换矩阵通过左乘对角矩阵生成。

比较各个酉矩阵对用户信道相关矩阵的对角化性能，性能最优的酉矩阵所对应的空间资源分割即为与该用户特征模式匹配的空间资源分割，此最优对角化后的相关矩阵中数值大于给定阈值的一个或多个对角元素所对应的空间方向即为该用户所占用的空间方向；属于同一空间资源分割的用户，划分到同一特征模式用户类，小区内的所有用户在相应的长时统计的时间窗内形成多个用户类。