[发明专利]一种基于分组优化的混合波束成形方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于分组优化的混合波束成形方法，该方法应用场景为：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；其特征在于该方法具体步骤是：/n步骤(1).用户分组：/n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：/n(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，m＝2π/λ，λ为载波波长，d为基站端相邻天线间距；/n(1.2).计算用户间的相关性：用户k的信道向量为N_cl表示信道中散射簇的数量，N_ray表示每个散射簇的路径数，α_nl是第n散射簇的第l路径的复数增益；φ_nl是到达基站的方位角；用矩阵表示相关性的大小，表示实数，K表示用户数，则矩阵X第n行第l列的元素[X]_n,l为：h_n表示用户n的信道向量，为h_n的共轭转置，h_l为用户l的信道向量；为了避免在计算的过程中出现两个最大值的情况，引入矩阵X_U由矩阵X的上三角元素组成，其余元素为0；从X_U中取出最大值对应的索引，如将用户t₁和t₂用户放入一组，集合G为该组内的用户，G＝{t₁,t₂}；设G内有i个元素，表示整数，有G＝{t₁,t₂,…,t_i}；然后，考虑是否向G内添加用户；/n(1.3).将用户分组：对任意用户t_i，其相关性门限为从剩余的K-i个用户集合Γ中选出与用户t_i相关性高于的用户，该用户集合/n Ω_i表示G中第i+1个元素的候选集合；/n如果集合Ω_i中元素个数Crad(Ω_i)＝0，表示分组完成，G中仅有i个元素；/n如果Crad(Ω_i)＝1，G中第i+1个元素为Ω_i中的元素；/n如果Crad(Ω_i)＞1，设Ω_i＝{k₁,k₂,…,k_j}，k∈Ω_i；G中第i+1个元素为：/n通过上述计算得到与Ω_i+1是G中第i+2个元素的候选集合；/n重复上述过程，直到该组分组完成；重复上述过程，对剩余用户分组，直到K个用户分组完成；/n步骤(2).低维穷举与贪婪算法：/n(2.1).计算用户的候选码本：就用户k而言，由码本集合组成；取出[b_k]_1,n中最大的K个元素对应的索引存到集合C_k中；用户k的候选码本为：/n(2.2).计算模拟波束成形矩阵：设前u-1组共有P个元素，其模拟波束成形矩阵为表示复数；集合G表示第u组内用户索引，并假设G有L个元素；第u组模拟波束成形矩阵表示为：W_RF,u＝[W_RF,u-1,a(θ₁),a(θ₂),…,a(θ_L)]；E＝P+L，G＝{G_l|l＝1,2,…,L}；W_RF,u有K^L种可能性；根据最小均方误差准则，表示W_RF,u的共轭转置；H_u-1是前u-1组的信道矩阵；同样，系统和速率R_u有K^L个值；则第u组最优的模拟波束成形矩阵为/n重复上述过程，直到所有组的模拟波束成形矩阵计算完成；/n(2.3).计算数字处理矩阵W_BB：根据得到的模拟波束成形矩阵W_RF及信道矩阵H，采用最小均方误差准则计算数字处理矩阵表示W_RF的共轭转置。/n