[发明专利]大规模多输入多输出波束域多播传输方法

说明书

本发明公开了大规模多输入多输出波束域多播传输方法。首先，基站利用统一的酉变换矩阵对小区实现大规模波束覆盖，基站在生成的波束上对小区内所有用户提供多播服务，实现波束域多播传输；然后，基站利用实施多播传输的所有用户的长时信道信息，依据给定的准则，对发送信号进行波束域功率分配；在各用户移动过程中，随着基站与各用户之间长时信道信息的变化，基站间歇地获取长时信道信息，动态实施波束域多播传输。本发明可以提高大规模MIMO物理层多播系统的功率利用率及传输可靠性，同时适用于时分双工和频分双工系统，且能够逼近最优传输性能。

技术领域

本发明属于无线通信系统领域，特别涉及了大规模多输入多输出波束域多播传输方法。

背景技术

虚拟现实、增强现实、物联网、车联网等技术的兴起对无线通信系统提出了更高的要求。大规模MIMO技术作为一种提高频谱效率和功率效率的有效技术，可以在同一时频资源上服务数十个用户，已经成为未来无线通信系统最具前景的技术之一。

在无线通信系统中，由物理层多播技术所支持的公共信号传输发挥着重要作用，且已经被加入到第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)的不同版本中。大规模MIMO与物理层多播技术相结合对提高系统鲁棒性，降低系统功耗有着重要的实际意义。在应用大规模MIMO的物理层多播系统中，为了进行多播传输，基站往往需要获取瞬时信道信息，而在复杂多变的无线通信环境中获取瞬时信道信息的难度较高，难以在实际系统中应用。

与瞬时信道信息相比，长时信道信息具有变化缓慢的特点，更加便于基站及时准确地获取。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供大规模多输入多输出波束域多播传输方法，通过获取长时信道信息实施波束域多播传输。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

大规模多输入多输出波束域多播传输方法，包括以下步骤：

(1)基站利用统一的酉变换矩阵对小区实现大规模波束覆盖，基站在生成的波束上对小区内所有用户提供多播服务，实现波束域多播传输；

(2)基站利用实施多播传输的所有用户的长时信道信息，依据给定的准则，对发送信号进行波束域功率分配；

(3)在各用户移动过程中，随着基站与各用户之间长时信道信息的变化，基站间歇地获取长时信道信息，动态实施波束域多播传输。

进一步地，在步骤(1)中，基站侧配备大规模天线阵列，天线单元间距为半个波长的量级，天线阵列为一维或二维阵列，当天线阵列结构确定时，酉变换矩阵也随之确定，且不随用户的位置及信道状态而改变，基站利用该酉变换矩阵生成大规模波束覆盖整个小区，实现空间资源的波束域划分。

进一步地，在步骤(2)中，所述长时信道信息为波束域能量矩阵；在上行链路中，每个用户发送探测信号，基站根据接收到的探测信号估计所有用户的波束域能量矩阵，然后依据给定的准则，对发送信号进行波束域功率分配。

进一步地，在步骤(2)中，所述给定的准则包括但不限于MMF准则和QoS准则。

进一步地，在MMF准则下，对发送信号进行波束域功率分配的问题能够表示为一个关于功率分配矢量的凸优化问题。

进一步地，在步骤(2)中，对发送信号进行波束域功率分配的方法包括基于随机规划的功率分配方法；在MMF准则下，基于随机规划的功率分配方法的步骤如下：

(201)利用KKT条件得到与凸优化问题等价的关于功率分配矢量的定点方程，并通过定点迭代得到该定点方程的解；

(202)利用定点方程的解更新对偶变量，迭代上述过程，直至对偶变量收敛，即对偶变量的次梯度的绝对值小于设定值。