[发明专利]多用户毫米波通信系统的波束分配方法及其装置和系统

说明书

本发明公开了一种多用户毫米波通信系统的波束分配方法及其装置和系统，属于无线通信技术领域。该波束分配装置包括：波束搜索模块、初始化选取模块、路径数目判断模块、单径优先判断模块、波束分配模块、单径用户波束分配模块、调整更新模块和循环终止判断模块。本发明充分利用不同用户与基站通信时的多径信息，通过基站对用户进行波束分配，在保证基站为所有服务用户分配互不相同的发送码字的前提下，使得可同时服务用户数目最多，同时大大提升了用户的和速率。

技术领域

本发明涉及一种多用户毫米波通信系统的波束分配方法及其装置和系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着移动智能终端设备的普及，现有的6GHz以下频段无线通信已经无法满足快速增长的数据流量需求。毫米波频段(30GHz～300GHz)因其大量的频带资源优势，成为实现10Gbps吞吐量的室内无线局域网和第五代移动通信(5G)的关键频段，得到了工业界专家学者们的广泛关注与研究。为进一步提高系统吞吐量并支持多流传输，毫米波通信将采用多输入多输出(Massive Input Massive Output,MIMO)技术。在传输过程中采用时分双工(Time Division Duplexing,TDD)通信机制，上行训练和数据传输都在同一段相干时间内完成，利用信道互易性，信道状态信息可以通过上行训练获得。

传统微波通信系统的预编码主要采用数字基带处理，要求每个天线都有专用的基带和射频(Radio Frequency,RF)硬件结构，这在拥有大规模天线阵列的毫米波系统中是不可能实现的；而模拟预编码结构可以减少器件个数，降低功耗，但是受限于相移器的量化精度，这种预编码结构只能得到次优的性能，且无法处理用户间干扰；近年来，许多文献提出模拟域与数字域混合的预编码结构，发射信号首先在基带域经过数字预编码处理，然后在射频域经过模拟预编码处理，模拟预编码通常是由只与相位有关的模拟相移器构成。通过采用混合预编码结构，可以达到用有限的RF链路驱动整个大规模天线阵列的效果，从而大大降低整个毫米波通信系统的功耗、成本以及复杂度。

在多用户毫米波MIMO系统中，基站通常采用混合预编码结构，而每个用户因受限于单个RF链路，采用模拟预编码结构。在现有的技术中，基站与所有待服务用户通过波束搜索，选出增益最大的路径，利用这些路径信息进行模拟预编码设计，再将基站模拟预编码矩阵、实际信道和所有用户的模拟预编码向量组合为下行等效信道矩阵，进行数字预编码设计。这种方案虽然考虑到多用户干扰，但忽视了由于基站分配给不同用户相同的发送码字导致下行等效信道矩阵不满秩，进而影响数字预编码矩阵的干扰消除效果这一问题。还有技术提出，通过选取AoD区分度高的用户进行服务，可降低用户间干扰，但这种方法限制了可同时服务用户数目，用户的和速率大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多用户毫米波通信系统的波束分配方法及其装置和系统，该方法充分利用用户与基站之间的多径信息，在保证基站为所有服务用户分配互不相同的发送码字的前提下，使得可同时服务用户数目最多，以提升用户的和速率。

其中，波束分配具体是指：基站经波束搜索获得所有用户的多径信息以后，为每个可服务用户分配基于发射角(Angle of Departure,AoD)的发送码字，并将基于到达角(Angle of Arrival,AoA)的接收码字信息反馈给用户；多用户与基站同时通信时的下行等效信道矩阵由基站模拟预编码矩阵、真实信道及多用户模拟合并向量构成。下行等效信道矩阵的秩具体是指：基站为所有服务用户分配的互不相同的发送码字的数目。

分配原则为：在满足多用户同时与基站通信时下行等效信道矩阵满秩且秩最大的前提下，最大化所有用户的和速率。

本发明的目的是这样实现的：

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种多用户毫米波通信系统的波束分配方法，该方法包含以下步骤：