[發(fā)明專利]一種Massive MIMO混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行傳輸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610255399.7
• 申請(qǐng)日: 2016-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN105743559B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慧明;劉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04L1/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

本發(fā)明公開一種Massive MIMO混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行傳輸方法，在設(shè)計(jì)線性加權(quán)矩陣的時(shí)候，利用了信道的協(xié)方差矩陣進(jìn)行了二階段的設(shè)計(jì)，由于信道的高度相關(guān)性，使得信道協(xié)方差矩陣具有低秩特性，從而能夠降低信道估計(jì)的開銷。效果方面，利用各個(gè)用戶的角度不重疊性，二階段設(shè)計(jì)中，消除了用戶間的干擾。考慮了各個(gè)用戶獨(dú)立功率約束和求和功率約束的情況。對(duì)于問題的非凸性，采用了SDR和交替迭代方法進(jìn)行處理，將原問題的非凸性轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，從而對(duì)問題進(jìn)行了有效的數(shù)值求解。相比SDR方法，交替迭代方法計(jì)算復(fù)雜度較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Massive MIMO系統(tǒng)中混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行信號(hào)傳輸方法。

背景技術(shù)

Massive MIMO技術(shù)成為了無(wú)線通信5G里面的關(guān)鍵技術(shù)。通過配置大量天線，使得信道近似正交，通過簡(jiǎn)單的接收發(fā)送技術(shù)，比如最大比合并和最大比發(fā)送，即可消除多用戶間干擾，平滑噪聲，從而極大的提升了系統(tǒng)的能量和頻譜效率。但是，Massive MIMO系統(tǒng)所帶來(lái)的性能的提升，很大程度依靠信道信息的獲取情況。對(duì)于TDD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以利用上下行的互易性，利用上行發(fā)送導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，從而用在下行上。而對(duì)于FDD系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于缺少上下行的互易性，沒有通過對(duì)上行信道的估計(jì)，來(lái)進(jìn)行下行信道的獲取。當(dāng)在下行發(fā)送導(dǎo)頻對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)的時(shí)候，需要的導(dǎo)頻資源是與天線數(shù)目成正比的，從而大大增加了系統(tǒng)的資源負(fù)擔(dān)。因而，如何在FDD系統(tǒng)中獲取下行信道信息，已然成為了學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。空時(shí)塊碼(STBC)技術(shù)是在多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)里面提出來(lái)的，當(dāng)發(fā)端不知道信道信息的時(shí)候，通過空時(shí)塊碼實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集增益，提升系統(tǒng)的誤碼率性能。

G.等人在文獻(xiàn)“Combining beamforming and orthogonal space-timeblock coding,”Information Theory,IEEE Transactions on,vol.48,no.3,pp.2599-2613,2002中提出了聯(lián)合波束成形和正交空時(shí)塊碼的信號(hào)傳輸方案。利用獲得的部分信道信息，結(jié)合給定的空時(shí)塊碼，設(shè)計(jì)波束形成器系數(shù)，最小化系統(tǒng)誤碼率。但是文章考慮的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)，沒有考慮到多用戶的問題。A.Adhikary等人在文獻(xiàn)“Joint spatialdivision and multiplexing-the large-scale array regime,”Information Theory,IEEE Transactions on,vol.59,no.10,pp.6441-6463,2013里面提出了一種利用信道協(xié)方差矩陣，通過兩個(gè)階段設(shè)計(jì)發(fā)端預(yù)編碼矩陣。由于信道協(xié)方差矩陣的高度相關(guān)性，降低了系統(tǒng)對(duì)信道估計(jì)的開銷。然而，文章里面的兩階段方案，在利用信道協(xié)方差矩陣完成第一階段的預(yù)編碼設(shè)計(jì)后，第二階段的預(yù)編碼，需要知道精確的等效信道，系統(tǒng)復(fù)雜度仍然較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種Massive MIMO系統(tǒng)中混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行信號(hào)傳輸方法，減低系統(tǒng)信道估計(jì)的開銷，并提升系統(tǒng)的誤碼率性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種Massive MIMO混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行傳輸方法，所述MassiveMIMO系統(tǒng)包括一個(gè)具有大規(guī)模均勻線陣的基站，天線數(shù)目為M，K個(gè)單天線的用戶節(jié)點(diǎn)，在考慮角度時(shí)，彼此不重疊；

所述一種Massive MIMO系統(tǒng)中混合波束形成和空時(shí)編碼多用戶下行信號(hào)傳輸方法，包括以下步驟：

1)首先，基站對(duì)發(fā)送給各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)塊碼編碼，得到發(fā)送空時(shí)塊碼矩陣其中Z_k是給第k個(gè)用戶的空時(shí)塊碼矩陣；

2)然后，基站對(duì)發(fā)送空時(shí)塊碼矩陣Z，進(jìn)行線性加權(quán)，線性加權(quán)系數(shù)矩陣為W，第k個(gè)用戶的接收信號(hào)為：其中h_k是第k個(gè)用戶的信道矢量，e_k是加性高斯白噪聲，y_k是接收矢量；