[發明專利]基于多天線接收機的隨機波束成型方法及其系統

無效

• 申請號: 200810059813.2
• 申請日: 2008-02-04
• 公開（公告）號: CN101227217A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 王海洋;張朝陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04L1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種基于多天線接收機的隨機波束成型系統。

背景技術

多天線技術(MIMO)能有效利用無線通信多徑傳播環境，獲得空間復用(spatial?multiplexing)和分集(diversity)增益，極大地提高通信系統的容量以滿足日益增長的無線通信系統的容量需求，是今后無線通信系統必然選擇的技術，并且已經被列入了802.11n、802.16e等無線通信標準協議中。

文獻1的分析表明，在多用戶多天線(MU-MIMO)廣播信道下，發送方獲知完整信道信息(full?CSI)時信道容量以MloglogKN速度增長。其中M為發射天線數目，對應空間復用增益，K為用戶數目，N為用戶接收天線數目，loglogKN為多用戶分集增益。而當發送方無法獲得信道信息時，信道容量僅僅以logM的速度增長。因此，發送方獲取用戶的CSI對MIMO系統特別是對MU-MIMO系統的容量起著非常重要的作用。達到此理想容量的方法由文獻2提出，即在發送方利用贓紙編碼(DPC)技術實現。但是此方法運算量大，且難以實現。文獻3提出了迫零預編碼技術，文獻4提出了矢量擾動預編碼技術來逼近理論容量。但是以上文獻中的方法均是在基站獲取完整CSI信息的前提下進行。實際無線通信系統中基站若想獲得用戶的CSI只能通過接收機向基站反饋一定形式的CSI實現。而多用戶無線通信系統為有限反饋(limited?feedback)系統，用戶反饋完整的CSI將會給系統帶來巨大的開銷。因此，用戶盡可能減少反饋CSI以并提高系統吞吐量有著重要意義。

隨機波束成型技術是一種集反饋、調度為一體的通信技術。文獻5最早提出了隨機波束成型的思想。基站通過對多根發射天線進行隨機加權，引入了信道的隨機衰落，從而增大了各個用戶等效信道波動的變化范圍和變化速率。當用戶數目很多時，總存在某用戶的信道與隨機波束匹配，使其等效信道處于峰值。基站調度用戶，使處于信道最好性能時的用戶進行傳輸，獲得了多用戶的分集增益，提高了系統容量。但文獻5僅僅利用了一個波束傳輸數據，沒有利用多天線系統的空間復用增益。文獻6提出了多波束的隨機波束成型方法。其操作過程為基站隨機產生多個相互正交的隨機波束，接收機向基站反饋對波束的響應，基站再根據用戶反饋的SINR調度分配波束。文中證明了當用戶數目趨向無窮時，用此方法可以逼近基站獲得完整CSI情況下的系統容量。此方法的優點是：(1)用戶向基站反饋的CSI量較少，每個用戶只需要反饋最大的SINR與達到此SINR的波束號，而無需反饋具體的信道參數，系統反饋開銷小。(2)基站進行資源調度方便。(3)預編碼方式簡單，只需要將波束與對應的用戶數據相乘即可發送。但是此方法在用戶數目趨于無窮時才可以逼近理想的信道容量，而在實際蜂窩無線通信系統中，用戶數目有限，用文獻6的方法實現的系統吞吐量與理想的信道容量相差很大。

為了提高隨機波束成型系統在較少用戶情況下的吞吐量，文獻1和文獻6將單接收機系統擴展到了多接收機系統。接收機使用N根接收天線，并提出了3種波束分配和接收信號處理方式。

方式1：將每根接收天線看作獨立的用戶，分別向基站反饋各自的CSI。此方式等效增加了用戶的數目，提高了系統吞吐量，但是反饋開銷隨接收天線數目線性增長。

方式2：限定每個用戶只分配一個波束，但未對接收波束做進一步合并處理，則