[发明专利]大规模MIMO系统下自适应波束赋形模式的选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，具体涉及一种大规模MIMO系统下自适应波束赋形模式的选择方法。

背景技术

目前大规模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出）系统在多天线系统领域正成为一种新的研究热点。与传统的MIMO系统相比，在大规模MIMO系统中基站端天线阵列配有几十个甚至上百个天线单元。而正是天线单元个数的大幅提升，使得我们在各种场景中需要将新的影响因素考虑在内，这就给系统性能如何优化的问题带来了机遇和挑战。一方面，相比于单天线系统，多天线系统最大的优势在于可以提供更高的容量，可以满足当前通信网络对更高的容量的需求，并且可以提高频谱效率和能量效率。此外，大规模天线产生了一个大尺寸（维度）的传播矩阵，大规模的传播矩阵会使信道硬化，同时带来信道特性的变化，比如抗干扰和噪声性能提高。但是另一方面，使用大规模天线需要付出一定的代价，主要体现在基站端天线架设困难度提高和信号处理的复杂度提高。

因此，在大规模MIMO系统中，我们需要解决的首要问题就是如何以最小的代价利用大天线阵列。以往的研究已经给了我们一些启示：在CDMA系统中有研究成果提出一种自适应扇区化算法，可以实现最优系统性能；更有理论证明，更多的扇区划分，可以获得更高的吞吐量。因此，我们得出结论，扇区化和多波束传输有利于提高系统性能，将自适应波束模式方案应用于MIMO系统中对系统总性能提升是有益的。在大规模MIMO系统中，有研究成果针对宽带无线多用户系统提出一种实用的自适应MIMO传输方案，该方案根据用户的信道条件和所需速率，在开环MIMO和闭环MIMO模式间实现了切换。但是，有关大规模MIMO系统中波束赋形模式选择方案此前从未被研究过，还属于该领域未被解决的问题之一。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种大规模MIMO系统下自适应波束赋形模式的选择方法，可以实现根据用户位置对波束赋形模式的自适应选择，以最大化系统吞吐量。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种大规模MIMO系统下自适应波束赋形模式的选择方法，其特征在于，该方法包括：

选取信道模型并获取基站天线阵列参数，包括天线数目以及天线阵子的排列形式；

结合所述基站天线阵列参数和所述信道模型将两用户单波束赋形模式和双波束赋形模式下的系统平均吞吐量分别表示为两用户方位角的函数；

计算两用户在所述单波束赋形模式和双波束赋形模式下的系统平均吞吐量相等时的方位角之差，记为方位角阈值；

方位角之差大于所述方位角阈值的两用户采用双波束赋形模式，方位角之差小于所述方位角阈值的两用户采用单波束赋形模式。

优选地，所述信道模型中包含信道角度功率谱和信道分布信息。

优选地，所述方位角之差大于所述方位角阈值的两用户采用双波束赋形模式，方位角之差小于所述方位角阈值的两用户采用单波束赋形模式包括：

根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角；

对用户进行分组，使得属于不同组的任意两个用户的方位角差值大于所述方位角阈值；

在下行发射信号时，通过数据流多层映射的方式给每个组单独分配一个波束。

优选地，所述根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角通过MUSIC算法实现。

优选地，所述根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角通过ESPRIT算法实现。

优选地，所述对用户进行分组包括：

从任一用户开始沿一个方向依次对每两个方位角相邻的用户进行分组判断，包括：

若两用户均已被分组，则停止分组判断并将此时的分组情况作为分组结果；

若两用户的方位角之差大于等于所述方位角阈值，则新建一个组作为当前组，并将两用户中次序靠后的用户分入该组；

若两用户的方位角之差小于所述方位角阈值，则在存在当前组的情况下将两用户中次序靠后的用户分入当前组。

优选地，在所述在下行发射信号时，通过数据流多层映射的方式给每个组单独分配一个波束步骤之后进一步包括组内用户通过时分复用技术进行信号传输。

优选地，其特征在于，所述方位角阈值可以在预先根据常见的基站天线阵列和信道模型制成方位角阈值表格的情况下，根据具体应用场景从所述方位角阈值表格中查表获取。

（三）有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：