[发明专利]基于两层预编码的FD-MIMO下行自适应传输方法

权利要求书

1.基于两层预编码FD-MIMO下行自适应传输方法，其特征在于：基站采用均匀平面天线阵，包括垂直方向M行天线阵列，水平方向每行N个阵元，每行及每列天线阵元均形成均匀线性天线阵，在水平和垂直方向上相邻天线阵元间距均为载波波长的一半；总用户数为U，每个用户配置单根接收天线，基站最多可服务K个用户；方法包括如下步骤：

步骤一、基站利用已知的用户k,k＝1,2,…,U的统计信道信息进行用户调度；

所述统计信道信息包括：用户k信道的垂直发送相关阵以及水平发送相关阵其中为基站与用户k之间的归一化信道矩阵，满足其第m行第n列的元素[H_k]_m,n为基站第m行第n列的天线阵元与用户k之间的信道系数，上标(·)^H代表共轭转置，E{·}代表求均值，tr{·}代表求矩阵的迹；

所述用户调度的过程包括以下子步骤：

a1)初始化候选用户集合调度用户集合为空集，对任意用户计算以及其中F_M和F_N分别为M×M和N×N的DFT矩阵，其第m行第n列的元素分别为和e为自然对数，j为虚数单位；

a2)分别找出用户k的垂直方向主模式和水平方向主模式，即Λ_V,k和Λ_H,k的最大对角元和并找出其相应的索引和即其中，和分别为Λ_V,k的第i个对角元和Λ_H,k的第j个对角元；

a3)基站根据各用户的和将用户分为类，分类准则为：若且则将用户k归为第类，其中，

a4)基站分别从每类用户中选择垂直方向主模式和水平方向主模式乘积最大的用户，即最大的用户，将其加入集合并从集合中删除；

a5)若其中表示集合中的用户数，则从已选择用户中剔除垂直方向主模式和水平方向主模式乘积最小的个用户，即最小的个用户，并结束用户调度；否则，进入步骤a6)；

a6)计算

其中，η_pq为衡量用户p与用户q不能同时被服务程度的参量，将用户加入集合并将其从集合中删除，然后进入步骤a7)；

a7)若且集合不为空集，则进入步骤a6)；否则，结束用户调度；

步骤二、基站利用已知的用户统计信道信息将调度出的用户分为L组，具体包括以下子步骤：

b1)将调度出的用户集合表示为第l个用户组的用户集合记为第l个用户组中的第一个用户记为c_l,l＝1,…,L，并将均初始化为空集；

b2)令i＝1，c_i＝u₁，并将u₁从用户集合中删除；

b3)在集合中寻找与用户c₁,…,c_i-1,c_i间最小距离最大的用户u，即

其中，为用户c_g与用户v间的相关距离，1≤g≤i，

b4)令i＝i+1，c_i＝u，并将用户u从集合中删除；

b5)若结束用户分组；否则，进入步骤b6)；

b6)若i＜L，则进入步骤b3)；否则，进入步骤b7)；

b7)对用户逐个计算与其距离最近的用户组，即用户组其中为用户组l与用户v的距离；每对一个用户v计算完，则令并对集合中下一用户进行计算，直至集合中全部用户分组完毕；

步骤三、基站利用分组完毕的L组用户的统计信道信息和低维度的等效信道信息对用户进行两级预编码传输，具体包括以下子步骤：

c1)用户组l中各用户采用相同的外层预编码矩阵，其外层预编码矩阵计为

其中上标(·)^C代表共轭，和分别表示用户组l内用户的Λ_V,k和Λ_H,k矩阵最大对角元索引的集合，为矩阵A删去列索引不属于集合的列后所得的子矩阵；

c2)利用用户组l的低维度的等效信道信息计算用户组l中各用户的内层预编码向量，其中用户组l的等效信道信息为为用户组l的信道矩阵，的各行表示用户组l中每个用户的瞬时信道信息，将用户组l中的第k个用户记为用户l_k，则的第k行为用户组l中的第k个用户内层预编码向量为为矩阵Q_l的第k列，令

c3)利用步骤c1)和c2)得到的外层预编码矩阵和内层预编码向量对已调度的各组用户进行下行预编码传输；

所述的步骤a6)中，衡量用户p与用户q不能同时被服务的程度的计算方法为：

其中，为Λ_V,p和Λ_V,q最大对角元索引的集合，为Λ_H,p和Λ_H,q最大对角元索引的集合；和分别为Λ_V,p和Λ_V,q的第s个对角元，和分别为Λ_H,p和Λ_H,q的第t个对角元；

步骤b3)中，用户c_g与用户v间的相关距离的计算方法为：

其中，定义为所有已调度用户的Λ_V,k最大对角元索引的集合，为所有已调度用户的Λ_H,k最大对角元索引的集合；和均为列向量，的元素为中索引属于的全部对角元，的元素为中索引属于的全部对角元，的元素为Λ_V,v中索引属于的全部对角元，的元素为Λ_H,v中索引属于的全部对角元；

所述的步骤b7)中，用户组l与用户v的距离计算方法为：

其中，为用户u和用户v之间的相关距离，其计算方法为

其中，和为列向量，的元素为Λ_V,u中索引属于的全部对角元，的元素为Λ_H,u中索引属于的全部对角元。