[发明专利]3DMIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法

摘要

本发明公开了一种3D MIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法，包括以下步骤1、信道估计及相关矩阵计算；2、构造分簇基矩阵；3、用户分簇；4、用户特征方向选取；5、用户分组；6、下行数据发送。本发明的有益之处在于本发明设计的分簇基能够联合实现水平和垂直方向的用户分簇和分组，使得基站对用户的对准精度大大提升；本发明只需长时反馈用户所对应的发送端相关矩阵，无需实时量化反馈信道状态信息，从而能够极大减轻上行链路的负载；本发明采用了分簇和分组的方法，能够灵活高效地利用基站多天线所提供的空域自由度，从而增加了用户数目；本发明操作步骤简单，便于实际应用。

主权项

3D MIMO系统中基于统计信息的双维度联合SDMA方法，其特征在于，基站采用均匀矩形有源阵列天线，假设阵元排列为M行N列，则基站天线总数目为NT＝M×N，且每个阵元的权值可动态调整，该方法包括以下步骤：(1)信道估计及计算相关矩阵：用户通过信道估计得到下行的三维信道矩阵，用户k的信道矩阵表示为：Hk＝[h1,h2,...,hM×N]∈C1×(M×N)其中，hl为基站的第l根天线与用户天线之间的信道响应，l＝1,2,...,M×N，按照先行后列的顺序对天线阵列进行编号；每个用户按照下式计算其所对应的基站端的发送相关矩阵：RT(k)=E{HkHHk}]]>其中，表示对矩阵Hk进行共轭转置，表示计算矩阵的期望；(2)构造分簇基矩阵：假定分簇总数目为V＝Vaz×Vel，最终得到的分簇基矩阵为：[U1,…,UV]，其中，Vaz为水平基数目，Vel为垂直基数目；(3)用户分簇：假如下式成立，那么将用户k分在v簇中：v=argminv′=0,1,...,V-1Σi,ji≠j|(Uv′HRT(k)Uv′)i,j|2]]>其中，表示矩阵第i行第j列的元素，i＝1,…,NT，j＝1,…,NT；v簇中的用户个数为Nv，对应的用户索引集合为Rv；(4)用户特征方向选取：计算v簇中的用户k的发送特征值：ρk,v=diag(UvHRT(k)Uv)]]>假如(ρk,v)i≥α，则选择方向i为用户的特征方向，并将i存储在集合Ik中；假如(ρk,v)i<α，则将方向i留给其他用户使用；其中，α为门限值；(5)用户分组：根据步骤(4)中的用户特征方向选取结果，对同簇的用户按照以下思想进行分组：特征方向数目最多的用户优先成组，然后再将与该组已有用户特征方向正交的用户加入组中，更新分组；循环以上过程，直到所有用户完成分组；(6)下行数据发送：基站端对不同的分组以不同时频资源块加以区分，组内采用SDMA，下行数据发送时，v簇的l组中的用户k的接收信号为：yk=HkΣj∈gv,lFv(Ij)sj+nk]]>其中，Hk和nk分别为用户k的信道矩阵和接收端噪声，sj是用户j的发送符号向量，||sj||＝|Ij|，gv,l表示v簇的l组中的用户集合，Ij为用户j所选的特征方向的集合，是v簇中的用户j的预编码矩阵，||x||表示取矢量x的模值，|X|表示取集合X的元素总数。