[发明专利]3DMIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双维度联合SDMA方法，具体涉及一种3D MIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

为满足未来用户不断提高的服务质量要求，第五代移动通信技术的研究工作致力于实现“10年千倍”的目标。3D MIMO技术有望成为极大提升系统性能的一项关键技术。有别于传统的只考虑水平维度的信道信息的通信系统，3D MIMO系统能够实现对信道垂直维度自由度的利用，从而进一步提高系统平均容量和改善边缘小区用户容量。3D MIMO技术需要在基站采用有源天线阵列，这样一来就使得系统的复杂度和反馈量急剧增加。此外，传统的预编码方法都是针对水平维度信道信息设计的，无法直接应用于3D MIMO系统。因此，降低系统复杂度和反馈量是3D MIMO技术研究的一个重点。

现有的3D MIMO技术研究中，通常采用以下方法提升系统性能：

1、通过动态调节基站天线的下倾角，在垂直方向实现小区分裂。这一方法能够有效减少用户的反馈，但由于不能精确对准用户，并未充分利用垂直维度的信道信息，在性能上的提升较为有限。

2、各用户实时反馈其信道状态信息，基站根据用户的反馈进行用户配对，使得空间分离的用户实现SDMA。这一方法灵活度不高，并不能充分利用基站大规模天线的空域自由度，而且由于基站天线数目的大量增加，所需要的实时反馈量也相应增多，增加了上行链路的负载，反馈量和准确度之间的矛盾使其难以应用于实际场景。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种3D MIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法，该方法用户对准精度高、反馈负载小、空域自由度利用率高、算法复杂度较低。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种3D MIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法，其特征在于，基站采用均匀矩形有源阵列天线，假设阵元排列为M行N列，则基站天线总数目为N_T＝M×N，且每个阵元的权值可动态调整，该方法包括以下步骤：

(1)信道估计及计算相关矩阵：

用户通过信道估计得到下行的三维信道矩阵，用户k的信道矩阵表示为：

H_k＝[h₁,h₂,...,h_M×N]∈C^1×(M×N)

其中，h_l为基站的第l根天线与用户天线之间的信道响应，l＝1,2,...,M×N，，按照先行后列的顺序对天线阵列进行编号；

每个用户按照下式计算其所对应的基站端的发送相关矩阵：

其中，表示对矩阵H_k进行共轭转置，表示计算矩阵的期望；

(2)构造分簇基矩阵：

假定分簇总数目为V＝V_az×V_el，最终得到的分簇基矩阵为：

[U₁,...,U_V]，

其中，V_az为水平基数目，V_el为垂直基数目；

(3)用户分簇：

假如下式成立，那么将用户k分在v簇中：

v簇中的用户个数为N_v，对应的用户索引集合为R_v；

(4)用户特征方向选取：

计算v簇中的用户k的发送特征值：

假如(ρ_k,v)_i≥α，则选择方向i为用户的特征方向，并将i存储在集合I_k中；

假如(ρ_k,v)_i<α，则将方向i留给其他用户使用；

其中，α为门限值；

(5)用户分组：

根据步骤(4)中的用户特征方向选取结果，对同簇的用户按照以下思想进行分组：

特征方向数目最多的用户优先成组，然后再将与该组已有用户特征方向正交的用户加入组中，更新分组；

循环以上过程，直到所有用户完成分组；

(6)下行数据发送：

基站端对不同的分组以不同时频资源块加以区分，组内采用

SDMA，下行数据发送时，v簇的l组中的用户k的接收信号为：