[发明专利]利用统计信道状态信息的三维波束成型空分多址自适应传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用均匀平面天线阵来传输高速数据的多用户下行传输系统，尤其涉及一种利用统计信道状态信息的多用户下行传输系统自适应传输方法。

背景技术

近年来，信息论的研究己经表明，多天线技术能够显著地提高无线通信系统的传输速率。目前，针对点对点单用户系统的研究已经基本有了定论，而对于多用户系统的容量和最佳传输方案的研究则引起了国际学者们的广泛关注。多用户多天线系统由于具有分集增益、复用增益和多用户分集增益，可以获得良好的性能和较大的容量，将成为新一代无线通信网络的关键技术之一。

与传统的单用户多天线系统相比，多用户多天线系统具有以下几个突出的优点：由于采用所谓的多用户复用，多用户多天线技术能带来多址接入容量的直接增益(和基站天线数成正比)；利用多用户分集和调度，多用户多天线技术能突破困扰单用户多天线通信的许多传播限制，如信道矩阵秩亏或天线相关；在用户终端只具有单天线的MISO(multiple-input single-output)情况下，多用户系统仍然能获得空间复用增益，因此有利于开发体积小而且便宜的终端。

遗憾的是，对于多用户系统，获得多天线技术带来的好处是有代价的。对于单用户多天线通信系统来说，发送端已知信道信息不是必要的，但是对于许多多用户多天线下行预编码技术来说却是至关重要的。许多已有的多用户多天线下行传输系统中都假设基站已知理想的信道信息。在实际的通信中，基站的信道信息是由用户通过上行的有限反馈信道提供的或由上行信道估计得到。由于反馈信息的传输不可避免地存在反馈延时，且信道估计可能存在误差，因此，假设发送端已知理想的信道信息往往是不现实的，特别是当用户数和发射天线数较大以及信道状态变化较快的时候。另外，对于FDD系统，信道信息的反馈给上行容量造成很大的负担，在宽带(如OFDM)系统和具有高移动性系统中，这一问题变得更加严重。因此，利用统计信道状态信息进行自适应传输是合适的选择。

发明内容

发明目的：为基站使用均匀平面天线阵的多用户下行传输系统提供一种利用统计信道状态信息三维的自适应传输方案，能够根据信道的统计特性调整发送参数，获得较高的和速率以及较低的复杂度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用统计信道状态信息的三维波束成型空分多址自适应传输方法，基站采用均匀平面天线阵列(UPA)，该方法具体包括如下步骤：

(1)基站统计信道状态信息的获取：设基站采用的均匀平面天线阵列，其垂直方向有M行、水平方有N列天线阵元，共计M×N个天线阵元，且每行和每列均为均匀线性天线阵列(ULA)，每个用户的接收天线数为1，用户总数为L；

基站与用户i之间的归一化信道矢量为h_i＝(vec(H_i))^T，满足其中矩阵H_i的第m行第n列的元素[H_i]_m,n为基站第m行第n列的天线阵元与用户i之间的信道系数，vec(·)代表矩阵拉直运算，上标(·)^T代表转置，上标代表共轭转置，E{·}代表求期望；

对于TDD系统(时分双工系统)，首先，基站利用上行信道估计的结果以及信道的互易性，获得基站至用户i的信道H_i；接着，基站计算用户i的垂直发送相关阵和水平发送相关阵其中E{·}代表求期望，并分别计算和其中F_M和F_N分别为M×M和N×N的DFT矩阵，F_M和F_N第m行第n列的元素分别为和最后，基站分别找出其垂直方向主模式和水平方向主模式，即分别找出Λ_V，i和Λ_H，i对角元上最大的元素和及其相应的索引l_i和j_i，即其中和分别为Λ_V,i和Λ_H,i的第l_i和第j_i个对角元；