[发明专利]一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形方法

摘要

本发明涉及多输入多输出无线移动通信系统，尤其涉及一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法。本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法。本方法基于最大化信号与干扰加噪声比准则，逐一确定配对用户的波束赋形向量，逼近最优情况，解决当单用户终端配备多天线时，虚拟多输入输出系统未能利用终端多天线资源从而造成传输效率不高的问题，在用户终端配备多根天线，上行虚拟多输入输出系统传输场景下提高基站接收信干噪比，从而提高传输质量。本方法应用于虚拟多输入输出系统上行传输数据领域。

主权项

一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形方法，其特征在于包括：步骤1：根据基站接收的用户的发射天线发送的上行参考信号，计算用户与基站间的信道矩阵，运用调度算法，在可用带宽上调度M个用户；运用配对算法为每个调度用户m分别寻找N_m层配对用户，所述N_m为大于等于1的正整数，m代表调度用户的编号，N_m代表调度用户m的最大配对个数，m取值为1，2，…，M；步骤2：确定虚拟多输入多输出VMIMO系统调度用户m的第n‑1层配对用户的波束赋形矩阵，对于调度用户m的波束赋形：把能量集中于该调度用户m与其基站间的通讯信道的最强特征方向；对于调度用户m的第n‑1层配对用户的波束赋形：把能量集中于该调度用户m与其基站间的通讯信道的最强特征方向以及干扰的最弱特征方向，得到调度用户m的第n‑1个配对用户的预编码码本编号k_(m,n)，所述n＝2,…,N_m+1；步骤3：基站将上述计算得到的调度用户m的预编码码本编号k_(m,1)，以及调度用户m的第1、2、…、N_m个配对用户的预编码码本编号相应地反馈给对应的调度用户m、调度用户m的第1、2、…、N_m个配对用户，调度用户m以及调度用户m的第1、2、……、N_m个配对用户根据对应的预编码码本编号，找出有限反馈预编码码本集合中对应的预编码码本a_l，调度用户m采用预编码码本a_l对应的预编码方法进行上行数据传输；其中l代表其对应的预编码码本编号k_(m,n)；所述步骤2具体包括：步骤21：计算调度用户m的上行波束赋形向量w_(m,1)，w_(m,1)是矩阵的最大特征值对应的特征向量，且||w_(m,1)||²＝1，其中H_(m,l)为在虚拟多输入多输出系统上行传输数据时调度用户m的发射天线与基站的接收天线间的信道矩阵，计算调度用户的波束赋形矩阵时，没有考虑到其他用户对本用户的干扰；步骤22：基站计算调度用户m的第n‑1个配对用户的波束赋形向量w_(m,n)，w_(m,n)是矩阵的最大特征值对应的特征向量，所述且||w_(m,i)||²＝1,其中i＝1,2,…n‑1，H_(m,n)为在虚拟多输入多输出系统上行传输数据时调度用户m的第n‑1个配对用户的发射天线与基站的接收天线间的信道矩阵，δ²是高斯白噪声的功率，n＝2,…,N_m+1；w_(m,n)、H_(m,n)中n取值为n＝2,…,N_m+1或1；步骤23：若n≤N_m，令n＝n+1，重复步骤22，直到n＝N_m；步骤24：对于每个调度用户m，分别进行步骤21至步骤23，直到计算出所有调度用户和所有配对用户的波束赋形向量w_(m,n)；n＝1时，w_(m,n)代表调度用户m本身的波束赋形向量，n≥2时，w_(m,n)代表调度用户m的第n‑1个配对用户的波束赋形向量；步骤25：基站计算w_(m,n)与有限反馈预编码码本集合中的预编码码本a_l的相关性，则相关性最大的预编码码本a_l对应的当前码本编号l为调度用户m的第n‑1个配对用户的预编码码本编号k_(m,n)，所述k_(m,n)中n取值为n＝2,…,N_m+1或1；$k_{(m,n)}=\underset{l}{\arg }max\left|\right|w_{(m,n)}^H\·a_l\left|\right|,l=0,1,...,L---\left(1\right)$其中，a_l为LTE协议中定义的有限反馈预编码码本集合中的预编码码本；所述调度算法是比例公平调度算法、轮询调度算法或最大载干比算法；所述配对算法是正交投影配对算法、正交配对算法、后验信噪比配对算法、行列式配对算法或者按照以下具体过程的配对算法：步骤11：设k₁(x)代表调度用户x本身，k₂(x)代表调度用户x的第1个配对用户，k₃(x)代表调度用户x的第2个配对用户，……，k_n+1(x)代表调度用户x的第n个配对用户，i∈Ω，Ω代表在VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合，Λ₁是在VMIMO系统上行传输数据时已分配资源块的用户集合，Ω与Λ₁的并集是整个用户集合；所述已分配资源块的用户集合指的是在VMIMO系统上行传输数据时通过调度算法在可用带宽上选择的调度用户集合，所述可用宽带指的是进行上行传输数据的频带；步骤12：按照调度用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值由大到小的顺序依次对每一个调度用户x选择第n个配对用户，其中x∈Λ_n，Λ_n代表已找到第n‑1个配对用户的调度用户集合。