[发明专利]一种海域下行多用户混合预编码方法和设备

说明书

本发明提供一种海域下行多用户混合预编码方法和设备，用于解决有一部分用户与岸边基站的距离较远，很难对这些用户的信道小尺度效应进行估计，无法保证通信质量的问题。其中一种海域下行多用户混合预编码方法，包括步骤：逐一计算获得数字预编码矩阵为其中，是下行功率矢量，是复单位向量。本发明利用发端预编码保证下行用户间的公平性，从而使所有下行用户的速率都可以高于某个标准线，实现下行多用户的宽带覆盖。

技术领域

本发明涉及通信技术，具体涉及一种海域下行多用户混合预编码方法和设备。

背景技术

我国海域范围广阔，大陆海岸线绵长，海洋经济十分活跃。为满足游船、商船、渔船、海监船等应用需求，保障近海海域通航安全，提升涉海人员生活质量，促进海洋经济进一步发展，亟待发展海域宽带通信技术。现有LTE网络主体面向陆地覆盖，侧重解决城区、郊区的通信问题，技术上很依赖大范围密集布站。海面上很难建设基站，因此，海域宽带通信网络的基站只能沿岸建设，这样一来，网络拓扑严重受限，系统性能难以保证。

发展海域宽带通信又不能从零开始，一种可行的技术途径是改造目前的地面通信LTE技术。为了适应近海海域的信道特征和用户分布，可通过在海岸部署具有大规模天线阵列的高架基站(岸基站)，与海上用户组成多用户多天线(Multi-User MIMO)系统，从而提高通信速率和服务质量。然而在基站站址约束下，LTE网络覆盖范围有限，且由于高架基站选址受限于地理条件，经典LTE网络难以实现沿海岸线的接续宽带覆盖，窄带全域覆盖下，让每个岸基站覆盖一片海域，形成一个宽带信息港是一种解决途径。航船进入信息港，并在岸基站的覆盖范围内接入网络、享受宽带服务；其他时间，用户可以享受窄带通信服务，满足基本的安全航行需求。

上述信息港海域内的通信系统与地面通信系统在信道估计方面存在着很大不同。在这种形式的通信系统中，有一部分用户与岸边基站的距离较远，很难对这些用户的信道小尺度效应进行估计，无法保证通信质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种海域下行多用户混合预编码方法和设备。

为此目的，第一方面，本发明提出一种海域下行多用户混合预编码方法，其特征在于，包括步骤：

逐一计算获得数字预编码矩阵为

其中，是下行功率矢量，是复单位向量；

通过下述方式计算：

为模拟预编码矩阵，K为用户数量，第k个用户对应的信道矢量表达式为

其中表示发端天线的相位偏差矢量，

是信道大尺度效应的一部分；d_k表示第k个用户到基站的距离；β是能量衰减系数；α_l,k表示信道的小尺度效应，在海域通信系统中，由于信道衰减α_l,k的具体数值很难估计，但是可以假设它是服从标准复高斯分布的随机变量，且不同角标的α_l,k之间相互独立。定义第k个用户的等效信道矩阵A_k为

设令构造两个矩阵D和Ω；

构造向量为噪声向量，为K维全1向量，是等效上行信道的用户功率；H表示共轭转置符号。

利用以下迭代方法求解数字预编码矩阵F_BB，其中第n步迭代中的变量x用x⁽ⁿ⁾表示，ε₁、ε₂为截止门限，p_t、q_t为临时变量：