[发明专利]一种大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法

权利要求书

1.一种大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在基站与用户组进行联合单播多播通信的场景下，配置大规模天线阵列的基站通过模拟多波束赋形或数字多波束赋形或模拟与数字混合波束赋形的方法生成能够覆盖整个小区的波束集合；

(2)基站利用小区内用户的波束域统计信道状态信息，构建并基于MM迭代算法和确定性等同方法求解波束域联合单播多播功率分配优化问题对发送信号进行功率分配；所述波束域联合单播多播功率分配优化问题表示为：

其中，η∈[0,1]为多播的权重因子，为小区内用户集合，K为小区内用户总数，为基站多播速率，为基站到用户k的单播速率，Λ^m为基站发送波束域多播信号的协方差矩阵，为基站到用户k的波束域单播信号的协方差矩阵，P为基站总的功率约束，tr(·)表示计算矩阵的迹，≥0表示矩阵非负定；上述优化目标中：

其中，H_k为基站到用户k的波束域信道矩阵，I为单位矩阵，上标H为求矩阵的共轭转置，det为求矩阵的行列式，为求期望；

(3)在各用户移动过程中，随着基站与各用户之间统计信道状态信息的变化，基站侧动态实施波束域功率分配，联合单播多播过程动态更新。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法，其特征在于：所述步骤(1)中基站生成能够覆盖整个小区的大规模波束集合实现空间资源的波束域划分，基站在同一时频资源上与小区内用户进行联合单播多播通信，该联合单播多播通信的过程在波束域上实施。

3.根据权利要求1所述的大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法，其特征在于：所述波束域统计信道状态信息由基站根据接收到小区内用户发送的上行探测信号估计得出。

4.根据权利要求1所述的大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法，其特征在于：所述步骤(2)中求解优化问题所用到的MM迭代算法和确定性等同方法包括如下两个方面：

(a)在当次迭代过程中将系统单播速率和多播速率加权平均表达式中的干扰速率项进行一阶泰勒级数展开近似，将非凸的问题转化为关于波束域功率分配的凸优化问题，将优化问题转变为求解下述问题：

其中，

和为M×M的对角矩阵，对角线上的元素为：

其中，M为基站天线数，N为用户天线数，为波束域统计信道状态信息，上标i标记迭代次数，下标t标记矩阵行列号，⊙为矩阵的阿达玛积，上标*为矩阵的共轭；

将当次迭代过程中优化问题的解代入优化目标产生下一次迭代的优化问题，并再次进行求解，直至相邻两次迭代过程中系统的单播速率和多播速率加权平均的差值小于给定阈值，最后一次迭代过程的解即优化问题的解；

(b)根据大维随机矩阵理论，分别计算和的确定性等同表达和避免高复杂度的求期望运算；

其中，

四个辅助变量通过迭代计算得到：

和表示生成对角矩阵，对角线上的元素分别为

5.根据权利要求1所述的大规模MIMO波束域联合单播多播传输方法，其特征在于：在各用户动态移动过程中，随着基站与各用户之间统计信道状态信息变化，基站侧动态实施波束域功率分配，联合单播多播过程动态更新；波束域统计信道状态信息的变化与具体应用场景有关，统计时间窗是短时传输时间窗的数倍或数十倍。