用于多用戶多輸入多輸出的導(dǎo)頻優(yōu)化分配聯(lián)合預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多用戶多輸入多輸出的導(dǎo)頻優(yōu) 化分配聯(lián)合預(yù)編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端的興起及無線數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的豐富，無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)用戶數(shù) 大幅增加，數(shù)據(jù)內(nèi)容也不再限于傳統(tǒng)的文字或者圖像，未來用戶對高清晰度視頻、手機電視 等多媒體業(yè)務(wù)的需求越來越多，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢，這對無線通 信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量提出了更高的要求。
[0003] 相比于傳統(tǒng)基站只配置了少于8根天線的多用戶多輸入多輸出（Multi-user Multiple-Input Multiple-Output)系統(tǒng)，大規(guī)模多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的基站一般 配置上百根天線，獲得比傳統(tǒng)天線陣列系統(tǒng)更為精確的波束控制能力，然后通過空間復(fù)用 技術(shù)，在相同的時頻資源上同時服務(wù)更多用戶來提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率，能獲得更 高倍數(shù)的系統(tǒng)容量、更低的能量消耗、更加精確的空間區(qū)分度、相對廉價的硬件組成等，從 而滿足未來超4代或第5代移動通信系統(tǒng)中海量信息的傳輸需求。大規(guī)模多用戶多輸入多輸 出系統(tǒng)以其獨有的優(yōu)勢得到了廣泛的關(guān)注和研究，是目前無線通信領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢之 〇
[0004] 大規(guī)模多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)有頻分雙工系統(tǒng)和時分雙工系統(tǒng)兩種模式。頻分 雙工系統(tǒng)采用不同的頻率信道區(qū)分發(fā)送和接收，并通過反饋信息的方式獲取信道狀態(tài)信 息，反饋信息的長度與發(fā)射端的天線數(shù)目成正比例關(guān)系，由于頻率資源有限，很大程度上限 制了頻分雙工系統(tǒng)的發(fā)展。時分雙工系統(tǒng)在同一頻率信道的不同時隙上進行通信，充分利 用了頻率資源;在時分雙工模式下，上行與下行鏈路的信道具有互易性，基站根據(jù)上行鏈路 傳輸?shù)奶囟▽?dǎo)頻序列估計出期望的下行鏈路信道狀態(tài)信息，此時導(dǎo)頻序列的長度與發(fā)射端 天線數(shù)目無關(guān)。
[0005] 目前大規(guī)模多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)傳輸方案性能分析往往假設(shè)大規(guī)模多輸入 多輸出信道是理想的獨立同分布信道，在此條件下，導(dǎo)頻污染被認為是大規(guī)模多輸入多輸 出系統(tǒng)中的"瓶頸"問題。
[0006] 在貝爾實驗室提出的時分雙工大規(guī)模多輸入多輸出傳輸方案中，小區(qū)中的各用戶 (通常假設(shè)配置單個天線）向基站發(fā)送相互正交的導(dǎo)頻信號，基站利用接收到的導(dǎo)頻信號， 獲得上行鏈路信道參數(shù)的估計值，再利用時分雙工系統(tǒng)上下行信道的互易性，獲得下行鏈 路信道參數(shù)的估計值，由此實施上行檢測和下行預(yù)編碼傳輸。隨著用戶數(shù)目的增加，用于信 道參數(shù)估計的導(dǎo)頻開銷隨之線性增加，特別地，在中高速移動通信場景，導(dǎo)頻開銷將會消耗 掉大部分的時頻資源。在導(dǎo)頻受限條件下的提升時分雙工大規(guī)模多用戶多輸入多輸出信道 信息的準(zhǔn)確性是目前非常具有價值的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于多用戶多輸入多輸出的導(dǎo)頻優(yōu)化 分配聯(lián)合預(yù)編碼方法。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明實施例提供一種用于多用戶多輸入多輸出的導(dǎo)頻優(yōu)化分配聯(lián)合預(yù)編碼方 法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)：
[0010] 步驟1:基站將所有導(dǎo)頻平均分為兩個導(dǎo)頻子組，分配給兩類小區(qū)，相同類型小區(qū) 采用完全相同的導(dǎo)頻子組；
[0011 ]步驟2:獲取終端的波達方向（D0A)，并且根據(jù)所述獲取的D0A進行小區(qū)內(nèi)的導(dǎo)頻分 配，使得在具有嚴重導(dǎo)頻污染的邊緣終端分配不一樣的導(dǎo)頻；
[0012] 步驟3:所述終端向所屬小區(qū)基站發(fā)送導(dǎo)頻信息，所述小區(qū)基站通過信道估計得到 含導(dǎo)頻污染的所述終端的信道信息，根據(jù)時分雙工的信道互易，基站獲取信道信息；
[0013] 步驟4:所述基站通過估計終端的D0A，搜索到所述終端的波達方向，根據(jù)所述D0A 對含導(dǎo)頻污染的所述終端的信道信息進行重新計算得到優(yōu)化的終端的信道信息；
[0014] 步驟5:所述基站選取G個信道質(zhì)量較好的終端作為用戶組中心，計算其他終端與 所述用戶組中心的距離，根據(jù)距離的大小分配剩余終端，并更新用戶組中心，迭代并將所有 用戶分組；
[0015] 步驟6:通過計算用戶組的信道的二階統(tǒng)計量即信道協(xié)方差矩陣，獲得預(yù)波束賦形 矩陣后，降低信道維度，再進行簡單的線性預(yù)編碼發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0016] 上述方案中，所述步驟1中，基站將所有基站的導(dǎo)頻的集合{A}平均分為兩組 {{A1}，{A2}}，{A1}{A2}組間以及組內(nèi)的導(dǎo)頻都完全正交，每組內(nèi)的導(dǎo)頻數(shù)大于等于單個小 區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)，將蜂窩小區(qū)平行分類，同類小區(qū)間導(dǎo)頻完全復(fù)用，不同類小區(qū)間導(dǎo)頻完全正 交，不產(chǎn)生導(dǎo)頻污染，即對某一小區(qū)Cj產(chǎn)生導(dǎo)頻污染的只有與其左右相鄰的小區(qū)
[0017] 上述方案中，所述步驟2中，記基站為Bx(x=l，2,3)，一個小區(qū)內(nèi)只有一個基站，即 Cj( j = l，2,3)小區(qū)內(nèi)的基站為Bx(x=l，2,3，x = j)，記為Bj，Ci小區(qū)內(nèi)的基站為Βι，以此類推， 不同小區(qū)的基站協(xié)作，共享用戶信道信息，小區(qū)C」(j = l，2,3)內(nèi)的所有^個終端到叫基站的 信道信息為Hj，用戶集合記為Sj;
[0018] 基站Bj獲得小區(qū)Cj內(nèi)第k(k=l，2,…，K)個終端的波達方向D0Akj，g卩Cj小區(qū)內(nèi)的第k 個終端到基站叫的波達方向，并判斷D0Akj與若干預(yù)設(shè)固定取值范圍的關(guān)系；
[0019] 統(tǒng)計小區(qū)Cj內(nèi)終端的波達方向DOAkj屬于某一固定取值范圍內(nèi)的終端記為集合 <，終端數(shù)為K/，對小區(qū)C』內(nèi)所用的導(dǎo)頻集合{A1}根據(jù)K//K的比值大小按比例浮動進行動 態(tài)分組01} = {011}，012}}，并將011}導(dǎo)頻分配給〇(^!^屬于某一固定取值范圍內(nèi)的終端 < ,而{A12}則分配給D0Akj屬于取值范圍外的用戶S' j;在與Cj相鄰的Cj+dPCj-i小區(qū)內(nèi)的終 端D0Ak(j+i)或D0Ak(j-1)屬于固定范圍內(nèi)的終端_5*/+1或t則分配導(dǎo)頻{A12}，終端S'j+i或S' j-1 則分配導(dǎo)頻{All}。
[0020] 上述方案中，所述步驟3中，q小區(qū)內(nèi)的K個終端到基站Bx的信道矩陣為HXJ = [hxjl，…，hxjK]T，j，X = 1，2，3，其中hxjk e CMX1是Cj小區(qū)內(nèi)的第k個終端到基站Bx的信道向量， Μ是基站的天線數(shù)，[· ]7表示矩陣的轉(zhuǎn)置，小區(qū)Q內(nèi)的終端到第j基站Bx的信道向量簡化為 Hjx = Hj, j = X ；
[0021] Cj小區(qū)內(nèi)的所有終端發(fā)送的導(dǎo)頻信息為屯」=[Φ U，…·，Φ JK]T，其中(i)JkecTX1是 Cj小區(qū)內(nèi)第k個用戶發(fā)送的導(dǎo)頻向量，τ是導(dǎo)頻長度；
[0022] 基站仏接收到的fg號為
_.，w是均值為0,方差 為1的高斯白噪聲，Rd = diag{i3xjl，. . .，i3xjK}eCKXK是Cj小區(qū)內(nèi)的終端到基站Bx的大尺度衰 落，diag {…}表示對角矩陣，pr是終端發(fā)射功率；
[0023] 通過最小均方誤差信道估計算法估計得到4 =[&，..視為有效信道矩陣Hx和 相鄰小區(qū)的干擾信道矩陣Hy，j = 1，2，3，j矣X以及噪聲產(chǎn)生的干擾wx的線性組合，
，其中Xj，j = l，2,3是KXK的對角矩陣，Xj = diag {力1，...，力1(}￡(：10<1(，其對角線元素)^6[0，1];單個終端的信道向量估計為
[0024]上述方案中，所述步驟4中，基站Bx對小區(qū)Cj(j = x)內(nèi)的第k個終端進行最小均方誤 差信道估計后，通過頻譜估計，根據(jù)譜峰高低來確定小區(qū)內(nèi)終端的有效信道和來自干擾小 區(qū)的終端的干擾信道并濾除干擾信道，得到最終估計信道/7、=[1，...，^^/。
[0025] 上述方案中，所述步驟5中，基站&將小區(qū)Q內(nèi)的所有終端分為G組，定義Vg為用戶 組中心的權(quán)值，其中g(shù)=l，2，...，G，即：基站Bj在小區(qū)Cj內(nèi)隨機選擇G(個信道質(zhì)量較好，其中 G<K)并且大尺度衰落以及波達方向都有區(qū)別的終端作為初始的用戶組中心；小區(qū)Q內(nèi)的 每個終端的信道向量協(xié)方差矩陣進行奇異值分解，（)H表示共輒轉(zhuǎn)置， 終端的信道向量相似，其協(xié)方差矩陣相似，令Vg = Ug，g = l，2, . . .，G，Ug為初始化的G個用戶 中心的協(xié)方差矩陣Rg的酉矩陣；
[0026] 計算剩下K-G個終端到用戶組中心的距離,k = G+ 1，…，Κ，||·￡表示求矩陣的2