[发明专利]一种大规模天线系统中多用户混合波束赋形的方法

说明书

本发明公开了一种大规模天线系统中多用户混合波束赋形的算法及实现装置，用来实现大规模天线系统中，针对多用户的混合波束赋形矩阵设计。首先基于射频链路增益最大化准则联合设计发送端射频预编码矩阵和接收端射频合成矩阵，在此基础上，基于信漏噪比最大化准则设计基带波束赋形矩阵。该算法在保证有用信号接收功率最大化的同时，减小对其它用户的信号泄露，从而在更好的逼近全数字波束赋形系统频谱效率的同时，有效降低系统中断概率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及大规模天线系统中多用户混合波束赋形的算法以及实现上述算法的装置。

背景技术

混合波束赋形通过基带端的数字编码器把不同的数据流映射到相应的RF chain上，再通过RF端的模拟编码器把不同RF chain上的数据流映射到不同的天线阵元。现有的关于多用户混合波束赋形的设计主要采用基于块对角化算法或迫零算法，这些算法在实施过程中没有考虑噪声因素，会导致算法对噪声的敏感性较差。为了在提高接收端有用信号功率的同时减小对其它用户的信号泄露，我们提出了基于射频链路增益最大化准则联合设计发送端射频预编码矩阵和射频接收端合成矩阵，在此基础上，基于信漏噪比最大化准则设计基带波束赋形矩阵。

发明内容

本发明提出了一种大规模天线系统中多用户混合波束赋形算法及实现装置，该算法在设计过程中，充分考虑了噪声的影响，在保证有用信号接收功率最大化的同时，减小对其它用户的信号泄露，从而在更好地逼近全数字波束赋形系统频谱效率的同时，可有效降低系统的中断概率。

本发明的具体实现过程如下：

步骤1：系统模型

如附图1，其中B和F分别表示BS端的数字和模拟编码器，发送的数据流数为N_s，BS对应的RF链路数目为N_RF，基站天线数目为N_t，终端天线数目为N_r，w_k表示第k个MS对应的模拟编码器。

用户k收到的信号可以表示为(1)：

用户k对应的速率可以表示为(2)：

其中，P为总的发送功率，σ²为噪声的功率。

用户k对应的信漏噪比可以表示为(3)：

式中，为第k个用户的噪声功率。

这里我们以信漏噪比为标准来设计HBF编码矩阵，HBF编码矩阵可以通过(4)获得

步骤2：模拟编码器设计

模拟编码器可以通过(5)获得

式中f_k、w_k分别表示基站端和用户端与第k个MS对应的模拟编码器。

对信道矩阵H_k进行SVD分解H_k＝UΣV^H，从而求解出对应的 BS端和第k个MS对应的模拟编码器

其中和分别为酉矩阵V和U的第一列。

步骤3：数字编码器设计

BS端的数字编码器可以通过(8)获得

其中式(8)的目标函数可以进一步表示为(9)