[發明專利]3D-MIMO下行多用戶調度及自適應傳輸方法

有效

• 申請號: 201811325576.X
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109347528B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 李瀟;孫婷婷;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0452
• 分類號: H04B7/0452;H04B7/0408;H04B7/0456;H04B7/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發明提供了一種3D?MIMO下行多用戶調度及自適應傳輸方法，基站采用均勻平面天線陣，方法包括如下步驟：初始狀態時，利用統計信道信息計算各用戶水平及垂直方向波束成形指數；采用最小相似度方法進行多用戶調度，選出相似度最小的服務用戶計算預編碼向量并進行預編碼傳輸。本方法能有效減小用戶間干擾，并能以較低的計算復雜度獲取較高的系統吞吐量，能獲得較高的和速率，魯棒性高，易于實現；由于僅需要信道的統計信息，所需信道信息量小，適用于各種典型的無線通信系統；因同時考慮信道直達徑和相關陣的影響，信道更具一般性。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及基站配置均勻平面天線陣的多用戶下行系統用戶調度及自適應傳輸技術，更為具體的說是涉及一種基于相似度的3D-MIMO下行多用戶調度及自適應傳輸方法。

背景技術

大規模多輸入多輸出(MIMO)作為一種可以提高網絡傳輸速率和覆蓋的有效方法，將成為新一代無線通信網絡的關鍵技術之一。與傳統的單用戶多天線系統相比，大規模多輸入多輸出能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量，并利用低成本、低功耗的器件真正實現綠色通信。

然而，在實際應用中，大規模多輸入多輸出無線通信面臨著諸多挑戰。首先，基站所能配置的天線數量受到基站空間以及載波頻率的影響。通過挖掘垂直維度的資源，三維多輸入多輸出技術引起了國際學者們的廣泛關注，即在基站配置二維網格排列的天線陣列，它克服了有限的空間對大規模多輸入多輸出無線通信系統的限制。此外，在實際通信中，基站的信道信息可由用戶通過上行的有限反饋信道提供，但反饋信息的傳輸不可避免地存在反饋延時，因此，假設基于發送端已知理想信道信息來實現用戶調度及自適應傳輸往往是不現實的。例如，對于FDD系統，信道信息的反饋給上行容量造成很大的負擔，特別是在用戶數和發射天線數較大以及信道狀態變化較快的情況下。因此，利用信道統計信息，如發送相關陣，均值信息等進行下行用戶調度及自適應傳輸是較為合適的選擇。

現有針對大規模多輸入多輸出系統的研究大都是在瑞利衰落信道條件下進行的。雖然采用瑞利衰落信道模型可以有效簡化性能分析，但實際信道中包含的直達徑分量被忽略。例如，在毫米波通信系統中，由于毫米波傳輸具有高定向性和準光學性質，直達徑會占主導地位，這使得簡單建模為瑞利衰落信道變得不準確。此外，在實際通信中，受到用戶空間限制，天線配置以及多普勒效應的影響，需要考慮信道相關陣的存在，但現有研究對此有所忽略。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種三維多輸入多輸出下行多用戶調度及自適應傳輸方法，為基站配置均勻平面天線陣，并充分考慮考慮信道相關陣，基于信道直達徑以及相關陣的相關性質，從候選用戶集合中挑選出與已選用戶最大相似度最小的用戶再進行預編碼傳輸。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

3D-MIMO下行多用戶調度及自適應傳輸方法，基站采用均勻平面天線陣，天線陣在垂直方向上有M行，水平方向每行N個陣元，相鄰天線陣元間距在水平和垂直方向上均為載波波長的一半，共有L個配置單根接收天線的用戶，基站最多能夠同時服務U個用戶；方法包括如下步驟：

步驟一，初始狀態時，利用統計信道信息計算各用戶水平及垂直方向波束成形指數；

所述統計信道信息包括：用戶k的信道萊斯因子信道水平視距分量垂直視距分量信道水平相關陣和信道垂直相關陣其中，k＝1,…,L，矩陣H_k為基站與用戶k之間的信道矩陣，H_k的第m行第n列的元素[H_k]_m,n為基站第m行第n列的天線陣元與用戶k之間的信道系數，及分別表示矩陣和的第一列，上標(·)^H代表共軛轉置，上標(·)^T代表轉置，E{·}代表求均值；

計算各用戶水平及垂直方向波束成形指數的過程包括以下子步驟：