CN108599824B - 一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法。首先基站对用户进行波束训练，使得每个用户反馈每个子带最优的波束索引，接着基站根据反馈的索引设计可同时满足所有用户所有子带的波束需求的模拟预编码矩阵，使得波束训练机制可运用于频率选择性信道下的多用户系统中。

Description

一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体的说是一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法。
背景技术
毫米波技术和大规模多输入多输出(Muti-Input Muti-Output,MIMO)技术被认为是为来5G关键技术的一部分，因此引起了学术界和工业界的广泛关注。毫米波具有大量可利用的频谱资源，有希望使下一代移动通信的数据传输速率提高到Gbps以上。结合毫米波传播特性和大规模天线阵列的特性，混合预编码技术成为毫米波大规模MIMO系统中重要的信号处理方法，它能有效抵抗多径衰落，减少传输数据流之间干扰，从而提高频谱效率。混合预编码也即联合了数字预编码和模拟预编码的一项预编码技术。
在大规模MIMO中，信道估计成本过高，因此通常采用有限反馈的波束赋形训练机制设计预编码矩阵。波束赋形训练即只从码本中选择每个用户端最优的发送或接受波束赋形向量的过程。在未来5G无线通信系统中，由于频谱资源范围广，因此信道的频率选择性是我们不可忽视的重要问题。在频率选择性信道中，不同子载波或子带可有不同的数字预编码矩阵，但所有子载波或子带必须拥有相同的模拟预编码矩阵。
然而，大多现有波束赋形的研究主要集中于平坦衰落信道。部分针对频率选择性信道的研究也主要针对时分双工系统，也即发射端已知用户信道信息，但在大规模MIMO中，信道估计成本高。根据我们目前的了解，在频率选择性信道下，还没有针对有限反馈的波束赋形训练机制的多用户波束赋形系统的研究。
发明内容
本发明的目的，就是提供一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法。由于在频率选择性信道下，即使是同一个用户，不同子带的最优波束也不一样。因此我们通过设计可同时满足所有用户所有子带的波束需求的模拟预编码矩阵，使得波束训练机制可运用于频率选择性信道下的多用户系统中。
基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法信号合成的具体过程包括：
S1、根据预设的波束赋形训练算法，对用户端进行波束训练。
S2、在第i个子带上，第u个用户挑选出接收信号功率最强的码本向量
其中为码本向量集合，vj为码本向量集合中的第j个码本向量，为第u个用户在第i个子带上的信道向量。
S3、每个用户向基站反馈每个子带对应的被选中码本向量的索引，即vu,i的索引。
S4、基站设计可满足所有用户所有子带波束需求的模拟预编码矩阵FRF，有：
FRF＝[f1,f2,...,fU]
其中Nf为系统中子带的数量，U为用户总数(此处设定基站使用的射频数与用户数相同)。
S5、在第i个子带上，基站通过传统信道估计的方法训练U个用户的等效信道其中Hi为在第i个子带上U个用户构成的信道矩阵。并且设置第i个子带的数字预编码矩阵为
其中Λi为第i个子带的功率归一化矩阵。
发明的有益效果为，本发明提供一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法。首先使得每个用户反馈每个子带最优的波束索引，根据反馈的索引设计可同时满足所有用户所有子带的波束需求的模拟预编码矩阵，使得波束训练机制可运用于频率选择性信道下的多用户系统中。
附图说明
图1为现有技术中的基于频率选择性信道的数模混合预编码架构的模型示意图；其中有逆傅里叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)，循环前缀(CyclicPrefix,CP)。
图2为本发明提出的一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法的算法流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体设施方式对本发明进行详细的描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里讲被忽略。
下面以用户数U＝4，子带数Nf＝2为例：
S1、根据预设的波束赋形训练算法，对用户端进行波束训练。
S2、在第i个子带上，第u个用户挑选出接收信号功率最强的码本向量
其中为码本向量集合，vj为码本向量集合中的第j个码本向量，为第u个用户在第i个子带上的信道向量。
S3、每个用户向基站反馈每个子带对应的被选中码本向量的索引，即vu,i的索引。
S4、基站设计可满足所有用户所有子带波束需求的模拟预编码矩阵FRF，有：
FRF＝[f1,f2,...,fU]
其中Nf为系统中子带的数量，U为用户总数(此处我们假设基站使用的射频数与用户数相同)。
S5、在第i个子带上，基站通过传统信道估计的方法训练U个用户的等效信道其中Hi为在第i个子带上U个用户构成的信道矩阵。并且设置第i个子带的数字预编码矩阵为
其中Λi为第i个子带的功率归一化矩阵。
本发明提供一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法。首先使得每个用户反馈每个子带最优的波束索引，根据反馈的索引设计可同时满足所有用户所有子带的波束需求的模拟预编码矩阵，使得波束训练机制可运用于频率选择性信道下的多用户系统中。

Claims (1)

1.一种基于频率选择性信道的多用户波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据预设的波束赋形训练算法，对用户端进行波束训练；
S2、在第i个子带上，第u个用户挑选出接收信号功率最强的码本向量
其中为码本向量集合，vj为码本向量集合中的第j个码本向量，为第u个用户在第i个子带上的信道向量；
S3、每个用户向基站反馈每个子带对应的被选中码本向量的索引，即vu,i的索引；
S4、基站设计可满足所有用户所有子带波束需求的模拟预编码矩阵FRF，有：
FRF＝[f1,f2,...,fU]
u＝1,2...,U
其中Nf为系统中子带的数量，U为用户总数；
S5、在第i个子带上，基站通过传统信道估计的方法训练U个用户的等效信道其中Hi为在第i个子带上U个用户构成的信道矩阵，并且设置第i个子带的数字预编码矩阵为
其中Λi为第i个子带的功率归一化矩阵。
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