[发明专利]一种基于分组优化的混合波束成形方法

说明书

本发明公开了一种基于分组优化的混合波束成形方法。现有方法不能很好的降低用户间干扰，导致系统和速率不高，不具有很好的可用性。本发明方法利用用户相关性及用户相关性门限将用户分组，将相关性大的用户分为一组的同时降低了组内用户数。然后利用用户信道向量与码本间的相关性筛选出能够提供较高信号功率的向量集合。本发明方法通过分组，将彼此间干扰大的用户分为一组。以容量最大化为目标，组内使用低维穷举算法，一起降低用户间干扰。组间使用贪婪算法，将分组的影响降到最低。提升系统和速率的同时，极大的降低干扰。本发明方法能够有效降低用户间干扰，提高系统和速率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种对多用户系统降低干扰的方法，具体是毫米波大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)多用户系统中的一种基于分组优化的混合波束成形方法。

背景技术

毫米波大规模MIMO技术已被考虑作为5G的关键候选技术。毫米波波长较短，有利于布置大规模阵列，提高传输频带的利用率。在多用户毫米波大规模MIMO系统中，理论上可采用数字预编码获得最佳性能。但这需要每根天线连接一个单独的射频链路，在毫米波大规模MIMO系统中需要大量射频链路，这带来高功耗和高复杂度。为解决这个困难，通常在毫米波大规模MIMO系统中采用混合波束成形，其所需的射频链路数量远远少于天线数量。但是，多用户毫米波大规模MIMO系统中，用户间存在干扰。当干扰较强的时候，用户的通信质量将得不到保证。因此，提高系统容量的前提,是最大程度上降低用户间干扰。

现有方法在多用户毫米波大规模MIMO系统面临着问题。基于波束控制的混合波束成形侧重接收功率最大化，不能有效抑制用户间干扰。基于容量最大化的贪婪算法性能有所提升，由于忽视了一部分用户间干扰，干扰抑制有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有混合波束成形方法不能有效降低干扰，提高系统容量的问题，提供一种基于分组优化的混合波束成形方法。

本发明方法应用场景为：在单个小区内，包含一个基站和多个用户的毫米波通信系统；基站天线阵列为均匀线性阵，包含几十或几百根天线，用户为单天线；基站采用混合波束成形。基站端模拟波束成形码本有限。

对所有用户的码本设置为有限个天线阵列响应向量的集合：

N_r为基站端天线数，φ_c为模拟波束成形角；c为实数，限定模拟波束成形角的范围为a(φ_c)为天线阵列响应向量，λ为载波波长，d为基站端相邻天线间距，j为复数，满足j²＝-1。

根据模拟波束成形矩阵W_RF和信道矩阵H采用最小均方误差准则计算数字处理矩阵表示复数，表示W_RF的共轭转置。

本发明方法的具体步骤是：

步骤1.用户分组：

根据用户的信道向量，计算用户间的相关性，将相关性大的用户分为一组。然后计算该组内用户的相关性门限，将与该组内所有用户相关性均高于各自门限值的用户作为候选用户，从候选用户集合中，将满足要求的用户加入该组，每次只加一个用户进入该组，直到分组结束。具体方法是：

1.1.模拟波束成形码本的设置：对所有用户的码本设置为有限个天线阵列响应向量的集合其中,N_r为基站端天线数,φ_c为模拟波束成形角，a(φ_c)为天线阵列响应向量，λ为载波波长，d为基站端相邻天线间距。