[發(fā)明專利]面向大規(guī)模MIMOTDD系統(tǒng)的3D波束成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410101271.6
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103957041B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 黃永明;范立行;楊綠溪;姜蕾;王剛
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學;日電(中國)有限公司
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04W16/28
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低復雜度的面向大規(guī)模MIMO（多輸入多輸出）TDD（時分雙工）系統(tǒng)的3D（三維）波束成形方法，屬于無線通信技術(shù)。?

背景技術(shù)

大規(guī)模MIMO是實現(xiàn)下一代移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。但是在基站的水平維度配置過多天線不易實現(xiàn)，由此提出3D?MIMO。3D?MIMO克服了基站的這種限制，將天線放置在二維的平面上。垂直維度的基站天線形成垂直波束，可以提供更多的自由度。垂直波束和水平波束共同構(gòu)成了3D波束。3D波束可以識別具有相同水平角的用戶。目前相關(guān)文獻中提出的基于Kronecker積的碼書適用于3D?MIMO?FDD系統(tǒng)。然而，在該系統(tǒng)中，每次只能調(diào)用2個用戶，沒有充分發(fā)揮3D?MIMO系統(tǒng)的長處。?

為了有效實現(xiàn)3D波束成形，基站需要知道準確的CSIT。在FDD系統(tǒng)中，瞬時的CSIT是通過用戶反饋至基站得到的。而且FDD系統(tǒng)所需要的下行訓練量正比于基站天線數(shù)。當基站天線數(shù)很多時，利用FDD估計CSIT就會變得困難。因此，大規(guī)模MIMO更傾向于使用TDD模式來得到CSIT，TDD模式的導頻開銷正比于用戶數(shù)，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，該導頻開銷遠小于FDD模式。然而3D?MIMO系統(tǒng)主要受益于多用戶分集增益，因此降低3D大規(guī)模MIMO?TDD系統(tǒng)的導頻開銷也十分必要。?

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種低復雜度的面向大規(guī)模MIMO?TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，是一種基于信道稀疏性設計的一種大規(guī)模MIMO下的3D波束形成方案，能夠有效降低計算復雜度和導頻開銷。?

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：?

面向大規(guī)模MIMO?TDD系統(tǒng)的3D波束成形方法，基于信道稀疏性進行大規(guī)模MIMO下的3D波束形成，包括如下步驟：?

步驟一、利用信道稀疏性，DFT（離散傅里葉變換）預波束成形將小區(qū)在水平方向分割成若干子扇區(qū)、在垂直方向分割成若干環(huán)形區(qū)域；?

步驟二、?

采用分離的用戶分組算法對用戶進行三維分組，先把用戶分到垂直維度的環(huán)形區(qū)域?內(nèi)，再將垂直維度的各環(huán)形區(qū)域內(nèi)的用戶分到相應的水平維度的子扇區(qū)內(nèi)，用戶的所在小組的代號由環(huán)形區(qū)域的代號和子扇區(qū)的代號共同構(gòu)成；處于同一子扇區(qū)的非相鄰組內(nèi)的用戶可以復用導頻，處于同一環(huán)形區(qū)域的非相鄰組內(nèi)的用戶也可以復用導頻，基站獲取CSIT；?

步驟三、在每組用戶內(nèi)，采用SLNR（信漏噪比）最大策略調(diào)度用戶；?

步驟四、結(jié)合各組的DFT預波束成形，首先得到低階的瞬時等效CSIT，再計算SLNR預編碼，在計算SLNR預編碼時綜合考慮組內(nèi)干擾和相鄰組間干擾；?

步驟五、3D波束成形方案是水平和垂直波束成形的直積，水平和垂直維度的波束成形為雙層預編碼，由DFT預波束成形和SLNR預編碼構(gòu)成。?

進一步地，所述基站位于小區(qū)的中心，服務多個用戶，所述用戶為單天線用戶；基站的位置高于周圍的建筑物高度，用戶位于街道平面上；基站天線是N×M維的矩形陣列天線，每行配置M根天線單元，共有N行；?

所述步驟一中，將小區(qū)在水平方向分割成G個子扇區(qū)、在垂直方向分割成L個環(huán)形區(qū)域，則各組的水平維度的DFT預波束成形為B_g,H=F_H[:,(g-1)r_H+(1:r_H)],(g=1,…,G)，其中F_H∈為DFT矩陣，各組的垂直維度的DFT預波束成形為B_l,V=F_V[:,(l-1)r_V+(1:r_V)],(l=1,…,L)，其中F_V∈為DFT矩陣，

進一步地，所述步驟二中，記小區(qū)內(nèi)所有用戶數(shù)為K，分離的用戶分組算法對用戶進行三維分組，具體描述為：?

Step2-1：對于l=1,…,L，位于環(huán)形區(qū)域l內(nèi)的所有用戶的集合對于l=1,…,L、g=1,…,G，位于環(huán)形區(qū)域l、子扇區(qū)g內(nèi)的所有用戶記為第(l,g)組用戶，第(l,g)組用戶的集合

Step2-2：對于用戶k=1,…,K，對水平和垂直信道協(xié)方差陣R_k,H和R_k,V進行特征值分解，得到U_k,H和U_k,V；?