[发明专利]基于空分多址与干扰抑制的毫米波大规模MIMO系统多用户传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种毫米波传输条件下的多用户大规模天线发送和多天线接收(多用户大规模MIMO)系统的有限反馈方法，尤其涉及一种基于空分多址与干扰抑制的毫米波大规模MIMO系统多用户传输方法。

背景技术

当今移动通信系统的工作频率为300MHz-6GHz，该频段通常被认为是无线通信的最佳频段，能够制造较为有利的传播条件。随着用户数量的增加以及数据业务的多样化，6GHz以下频段的业务量趋于过载，难以满足日益增加的通信速率需求，而6GHz以上频段(超高频、甚高频)尚未得到充分使用，因此极具开发潜力。当工作频率为6GHz-300GHz时，载波波长通常在毫米级甚至以下，这种传输方式被称为毫米波传输。随着信息产业的快速发展，为满足用户对信息传输速率以及服务质量的需求，多输入多输出(MIMO)技术应运而生，其通过在发送或接收端设置多根天线，采用分集、复用、波束成形等方法，能够有效提升通信系统的信道容量，并使系统可以在同一时频资源上服务多个用户，实现多用户传输。近年来提出的大规模MIMO技术，通过在基站端架设大规模天线阵列，能够大幅提高空间分辨率，并产生具有强方向性的极窄波束，在提升波束成形增益的同时减少多用户干扰，进一步提高系统吞吐量。在大规模MIMO系统中，天线阵列阵元之间的常用间距为载波波长的一半，由于毫米波的波长较小，因此可以在相同空间范围内容纳数目庞大的天线单元，从而更好得实现大规模MIMO技术。

目前，业界已对毫米波大规模MIMO系统展开广泛讨论与深入研究，有学者利用毫米波大规模MIMO系统波束域信道的稀疏性，提出了一种低秩的多用户传输方案，在保证较高系统容量的同时有效抑制用户间干扰。用户间干扰的消除是多用户传输方案的研究重点，目前广泛使用的两类干扰消除方法为：一、空分多址(SDMA)，利用波束之间的正交性来划分空间，通过一定的调度准则，使基站同时服务空间上相距较远的若干用户，相当于将多用户传输过程分解为并行的多个单用户传输过程，缺点是每段时隙存在部分用户无法接受调度的情况；二、抑制干扰的预编码，如迫零预编码等，所有用户同时接受基站服务，基站端根据用户反馈的信道信息产生一个预编码矩阵，每个用户对应的预编码矢量能够使该用户信道方向能量增强，同时抑制干扰用户的信道能量，因此较为公平有效，缺点是计算复杂度高，反馈量巨大。这两种方法各有利弊，如何将它们结合起来，达到优势互补，成为研究的难题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于空分多址与干扰抑制的毫米波大规模MIMO系统多用户传输方法，发明结合了空分多址与干扰抑制这两种传统多用户传输方法各自的优点，突破了FDD传输模式下大规模MIMO系统下行信道信息获取困难的瓶颈，同时克服了计算复杂度难题，保证了所有用户能够同时接受基站服务，利用有限的反馈量实现出可观的系统和速率性能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于空分多址与干扰抑制的毫米波大规模MIMO系统多用户传输方法，在基站配置毫米波大规模均匀平板天线阵列，若干单天线用户在同一时频资源上接受基站服务，根据用户所选的波束簇信息，用户全集被划分为无干扰用户集合和干扰用户集合两个子集，对无干扰用户集合采用基于双层预编码的空分多址传输方法，对干扰用户集合采用基于干扰抑制的传输方法，利用波束域信道特性，基站仅在每个用户信道能量集中的少量波束上发送正交导频序列，用户估计出低维的等效波束域信道矢量，并根据本身所属集合的不同，分别计算相应的反馈信息并反馈至基站，最后基站根据反馈结果进行预编码矢量的设计与数据传输；具体包括如下步骤：

(1)基站根据上行信道探测过程得到每个用户的波束域统计信道信息(用户所选波束簇的信息)，进而确定信道主瓣所占据的波束簇，并根据波束簇之间的关系对用户进行分类，形成无干扰用户集合与干扰用户集合；

(2)基站在每个用户所确定的波束簇上发送下行用户专用导频，用户根据接收到的导频信息完成波束域信道估计，无干扰用户集合中的用户还需根据信道估计结果计算出第二层预编码矢量编号；

(3)无干扰用户集合中的用户将各自所对应的第二层预编码矢量编号反馈回基站，干扰用户集合中的用户将估计出的等效波束域信道矢量完全反馈至基站；

(4)基站根据接收到的反馈信息对两个子集中的用户分别设计预编码矢量，进行数据传输。