[發明專利]一種基于二維迭代的多播波束賦形方法

有效

• 申請號: 201210012053.6
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102545986A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 許小東;杜柏生;蔣軼
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于多輸入多輸出(MIMO)寬帶無線和移動通信技術領域，具體涉及適用于802.11n、TD-HSPA+、TD-LTE及TD-LTE-Advanced等新一代寬帶無線和移動通信系統發送天線數較大的單組物理層多播場景下的波束賦形方法。

背景技術

在發送信號功率受限的情況下，基站端如何采用發送波束賦形方法傳輸公共信息給一組用戶以獲得最大多播傳輸速率，是當前MIMO寬帶無線和移動通信系統的研究熱點問題。在《國際電氣與電子工程師協會-信號處理匯刊》(IEEE?Transactions?on?Signal?Processing，vol.54，no.6，pp.2239-2251，June?2006)“物理層多播波束賦形”(Transmit?beamforming?for?physical-layer?multicasting)一文中指出，該問題實質上屬于非確定性多項式難題(NP-hard)，并提出了一種基于半定松弛法(SDR)并結合隨機化處理(Randomization)的波束賦形向量設計方法，即SDR隨機化方法。當基站端配置兩根發送天線時，中國專利申請號201110313794.3提出的“一種基于剪枝搜索的兩天線波束賦形方法”中設計的基于性能瓶頸用戶的剪枝搜索和代數求解方法具有優于SDR隨機化方法的多播傳輸速率和低于SDR隨機化方法的運算復雜度，特別適用于用戶數較多的多播場景。然而，當基站端配置發送天線數超過兩根時，尋求原問題的最優解變得十分復雜，一方面難以獲得確切性能瓶頸用戶數并基于瓶頸用戶實施剪枝搜索與代數計算，另一方面隨著天線數和用戶數的增加，采用SDR隨機化方法易引起性能嚴重衰竭。中國專利申請號201110099222.x提出的“一種多輸入多輸出波束賦形方法”，采用一維迭代設計波束賦形向量，雖然適用于發送天線數大于2場景，但其性能與理論限仍有較大差距。因此，當基站端配置發送天線數超過兩根時，現有方法難以實時有效地應用于新型寬帶無線和移動通信系統中，迫切需要設計具有高性能低復雜度特征的多播波束賦形方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于二維迭代的多播波束賦形方法，以適用于發送天線數超過兩根的物理層多播場景，并改善現有SDR隨機化方法在獲取波束賦形向量過程中所存在的運算量較大、性能較差，無法實時有效應用于實際通信系統的問題。

本發明基于二維迭代的多播波束賦形方法，設基站配置發送天線數M＞2根，多播用戶組含K個用戶，且其中的第k個用戶配置N_k根接收天線，對應的信道矩陣為并在基站端已知，波束賦形向量w∈￡^M；其特征在于具體操作步驟為：

第一步：令信道權和矩陣Q滿足關系式對其進行奇異值分解，獲得其最大右奇異值對應的右奇異向量v_max，初始化波束賦形向量w＝v_max，初始化迭代門限δ₀＝-100dB，初始化迭代次數m＝1，設當前瓶頸用戶數為C＝3，最大瓶頸用戶數為L＝min{2M-2，K}及瓶頸信噪比λ₀＝-∞；

第二步：在第m次迭代過程中，依用戶k的信噪比ρ_k計算式k＝1，L，K，依次計算K個用戶的信噪比，選擇其中信噪比最小的C個用戶作為當前瓶頸用戶，并存儲各瓶頸用戶索引b_k于瓶頸用戶集合B＝{b₁，L，b_C}中；