[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

摘要

本发明公开了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以提高通信系统的频谱利用率和功率效率，具体为：对于FDD系统，各用户利用信道估计的结果计算自身的统计信道状态信息，即垂直方向主模式和水平方向主模式及其相应的索引，并反馈给基站；对于TDD系统，基站利用上行信道估计的结果计算各用户下行的统计信道状态信息；基站根据所得到的统计信道状态信息，选出两组服务用户，分两个时隙分别对两组用户进行预编码传输。本发明提供的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，有效地提高系统的鲁棒性，且能以较低的计算复杂度获取较高的平均互信息量。

主权项

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，其特征在于：基站采用均匀平面天线阵列，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，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，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${\left[F_M\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{M}}{e}^{j2\mathrm{\π}(m-1)(n-\frac{M}{2})/M}$和${\left[F_N\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j2\mathrm{\π}(m-1)(n-\frac{N}{2})/N};$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${\mathrm{\λ}}_{V,i}^{\max }={\mathrm{\λ}}_{V,i}^{\left(l_i\right)},{\mathrm{\λ}}_{H,i}^{\max }={\mathrm{\λ}}_{H,i}^{\left(j_i\right)},$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；对于FDD系统，首先，用户i利用下行信道估计的结果，获得基站至用户i的信道H_i；接着，用户i计算其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${\left[F_M\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{M}}{e}^{j2\mathrm{\π}(m-1)(n-\frac{M}{2})/M}$和${\left[F_N\right]}_{m,n}=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}^{j2\mathrm{\π}(m-1)(n-\frac{N}{2})/N};$最后，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${\mathrm{\λ}}_{V,i}^{\max }={\mathrm{\λ}}_{V,i}^{\left(l_i\right)},{\mathrm{\λ}}_{H,i}^{\max }={\mathrm{\λ}}_{H,i}^{\left(j_i\right)},$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；将l_i和j_i反馈给基站(2)用户分类：基站根据各用户的l_i和j_i，i＝1,…,L，将用户分为类，其中和均为偶数，分类准则为：若${\stackrel{\‾}{M}}_{\stackrel{\‾}{m}-1}+1\≤l_i\≤{\stackrel{\‾}{M}}_{\stackrel{\‾}{m}}$且${\stackrel{\‾}{N}}_{\stackrel{\‾}{n}-1}+1\≤j_i\≤{\stackrel{\‾}{N}}_{\stackrel{\‾}{n}},$则将用户i归入第类，其中，$\stackrel{\‾}{m}=1,...,\tilde{M},0={\stackrel{\‾}{M}}_0\<...\<{\stackrel{\‾}{M}}_p\<{\stackrel{\‾}{M}}_{p+1}\<...\<{\stackrel{\‾}{M}}_{\tilde{M}}=M,\stackrel{\‾}{n}=1,...,\tilde{N},$$0={\stackrel{\‾}{N}}_0\<...\<{\stackrel{\‾}{N}}_q\<{\stackrel{\‾}{N}}_{q+1}\<...\<{\stackrel{\‾}{N}}_{\tilde{N}}=N;$(3)用户调度：基站分别从每类用户中选出其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，第类中调度出的用户记为用户其垂直方向主模式和水平方向主模式的相应索引记为和(4)用户分组：基站将步骤(3)中选出的用户分为两组，分组准则为：将步骤(3)中选出的用户排成行列，使得用户排在第行第列，将所在行和列均为奇数以及所在行和列均为偶数的用户归入第一组，第一组中用户数记为K₁，将其余用户归入第二组，第二组中用户数记为K₂；(5)基站计算第一组中K₁个用户的预编码矢量：用户的预编码矢量为其中，P发射总功率，上标(·)^*代表共轭，为矩阵的第列，为矩阵的第列；(6)利用步骤(5)计算出的预编码矢量对第一组用户进行预编码传输；(7)基站计算第二组中K₂个用户的预编码矢量：用户的预编码矢量为其中，P发射总功率，上标(·)*代表共轭，为矩阵的第列，为矩阵的第列；(8)利用步骤(7)计算出的预编码矢量对第二组用户进行预编码传输。