大規(guī)模mimo系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)，具體涉及一種大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的 選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前大規(guī)模MIM0 (Multiple-I噸utMultiple-〇u1:put，多入多出）系統(tǒng)在多天線 系統(tǒng)領(lǐng)域正成為一種新的研究熱點。與傳統(tǒng)的MIM0系統(tǒng)相比，在大規(guī)模MIM0系統(tǒng)中基站 端天線陣列配有幾十個甚至上百個天線單元。而正是天線單元個數(shù)的大幅提升，使得我們 在各種場景中需要將新的影響因素考慮在內(nèi)，該就給系統(tǒng)性能如何優(yōu)化的問題帶來了機遇 和挑戰(zhàn)。一方面，相比于單天線系統(tǒng)，多天線系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于可W提供更高的容量，可 W滿足當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)對更高的容量的需求，并且可W提高頻譜效率和能量效率。此外，大規(guī) 模天線產(chǎn)生了一個大尺寸(維度）的傳播矩陣，大規(guī)模的傳播矩陣會使信道硬化，同時帶來 信道特性的變化，比如抗干擾和噪聲性能提高。但是另一方面，使用大規(guī)模天線需要付出一 定的代價，主要體現(xiàn)在基站端天線架設(shè)困難度提高和信號處理的復(fù)雜度提高。
[0003] 因此，在大規(guī)模MIM0系統(tǒng)中，我們需要解決的首要問題就是如何W最小的代價利 用大天線陣列。W往的研究已經(jīng)給了我們一些啟示；在CDMA系統(tǒng)中有研究成果提出一種自 適應(yīng)扇區(qū)化算法，可W實現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)性能；更有理論證明，更多的扇區(qū)劃分，可W獲得更高 的吞吐量。因此，我們得出結(jié)論，扇區(qū)化和多波束傳輸有利于提高系統(tǒng)性能，將自適應(yīng)波束 模式方案應(yīng)用于MIM0系統(tǒng)中對系統(tǒng)總性能提升是有益的。在大規(guī)模MIM0系統(tǒng)中，有研究 成果針對寬帶無線多用戶系統(tǒng)提出一種實用的自適應(yīng)MIM0傳輸方案，該方案根據(jù)用戶的 信道條件和所需速率，在開環(huán)MIM0和閉環(huán)MIM0模式間實現(xiàn)了切換。但是，有關(guān)大規(guī)模MIM0 系統(tǒng)中波束賦形模式選擇方案此前從未被研究過，還屬于該領(lǐng)域未被解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (-）解決的技術(shù)問題
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式 的選擇方法，可W實現(xiàn)根據(jù)用戶位置對波束賦形模式的自適應(yīng)選擇，W最大化系統(tǒng)吞吐量。 [000引（二）技術(shù)方案
[0007] 為實現(xiàn)W上目的，本發(fā)明通過W下技術(shù)方案予W實現(xiàn)：
[000引一種大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的選擇方法，其特征在于，該方法包 括：
[0009] 選取信道模型并獲取基站天線陣列參數(shù)，包括天線數(shù)目W及天線陣子的排列形 式；
[0010] 結(jié)合所述基站天線陣列參數(shù)和所述信道模型將兩用戶單波束賦形模式和雙波束 賦形模式下的系統(tǒng)平均吞吐量分別表示為兩用戶方位角的函數(shù)；
[0011] 計算兩用戶在所述單波束賦形模式和雙波束賦形模式下的系統(tǒng)平均吞吐量相等 時的方位角之差，記為方位角闊值；
[0012] 方位角之差大于所述方位角闊值的兩用戶采用雙波束賦形模式，方位角之差小于 所述方位角闊值的兩用戶采用單波束賦形模式。
[0013] 優(yōu)選地，所述信道模型中包含信道角度功率譜和信道分布信息。
[0014] 優(yōu)選地，所述方位角之差大于所述方位角闊值的兩用戶采用雙波束賦形模式，方 位角之差小于所述方位角闊值的兩用戶采用單波束賦形模式包括：
[0015] 根據(jù)基站天線陣的接收信號估計每個用戶的方位角；
[0016] 對用戶進行分組，使得屬于不同組的任意兩個用戶的方位角差值大于所述方位角 闊值；
[0017] 在下行發(fā)射信號時，通過數(shù)據(jù)流多層映射的方式給每個組單獨分配一個波束。
[0018] 優(yōu)選地，所述根據(jù)基站天線陣的接收信號估計每個用戶的方位角通過MUSIC算法 實現(xiàn)。
[0019] 優(yōu)選地，所述根據(jù)基站天線陣的接收信號估計每個用戶的方位角通過ESPRIT算 法實現(xiàn)。
[0020] 優(yōu)選地，所述對用戶進行分組包括：
[0021] 從任一用戶開始沿一個方向依次對每兩個方位角相鄰的用戶進行分組判斷，包 括：
[0022] 若兩用戶均已被分組，則停止分組判斷并將此時的分組情況作為分組結(jié)果；
[0023] 若兩用戶的方位角之差大于等于所述方位角闊值，則新建一個組作為當(dāng)前組，并 將兩用戶中次序靠后的用戶分入該組；
[0024] 若兩用戶的方位角之差小于所述方位角闊值，則在存在當(dāng)前組的情況下將兩用戶 中次序靠后的用戶分入當(dāng)前組。
[00巧]優(yōu)選地，在所述在下行發(fā)射信號時，通過數(shù)據(jù)流多層映射的方式給每個組單獨分 配一個波束步驟之后進一步包括組內(nèi)用戶通過時分復(fù)用技術(shù)進行信號傳輸。
[0026] 優(yōu)選地，其特征在于，所述方位角闊值可W在預(yù)先根據(jù)常見的基站天線陣列和信 道模型制成方位角闊值表格的情況下，根據(jù)具體應(yīng)用場景從所述方位角闊值表格中查表獲 取。
[0027] (S)有益效果
[0028] 本發(fā)明至少具有如下的有益效果：
[0029] 本發(fā)明通過方位角闊值的設(shè)置區(qū)分了單波束賦形模式和雙波束賦形模式(或稱為 多波束賦形模式）的適用情形，而方位角闊值是根據(jù)一定的基站天線陣列模型和信道模型 按兩種波束賦形模式下系統(tǒng)平均吞吐量相等的方程計算出來的。不難看出，與單波束賦形 模式相比，雙波束賦形模式利用空分復(fù)用技術(shù)可W增大系統(tǒng)平均吞吐量，但是如果使用兩 個波束的用戶的方位角之差過小的情況下，波束間會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾反而不利于增大系統(tǒng) 平均吞吐量。所W視該一"方位角之差-系統(tǒng)平均吞吐量"的變化規(guī)律是單調(diào)或近似單調(diào) 的情況下，在某個方位角差值內(nèi)單波束賦形模式較優(yōu)，而差值外雙波束賦形模式較優(yōu)，而該 個方位角差值就在兩波束賦形模式的系統(tǒng)平均吞吐量相等的地方取得，也就是前面所說的 方位角闊值。
[0030] 也就是說，只要得到了具體應(yīng)用場景下的方位角闊值，就可W判斷兩個用戶是使 用哪種波束賦形模式系統(tǒng)平均吞吐量較高，從而可w自動地完成每個用戶對于波束賦形模 式的選取，也就是實現(xiàn)了根據(jù)用戶位置對波束賦形模式的自適應(yīng)選擇，W最大化系統(tǒng)吞吐 量。
[0031] 當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法并不一定需要同時達到W上所述的所有優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根 據(jù)該些附圖獲得其他的附圖。
[0033] 圖1是本發(fā)明一個實施例中大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的選擇方法 的流程圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明一個實施例中兩種波束賦形模式下隨著兩用戶方位角差的變化系 統(tǒng)吞吐量的仿真結(jié)果；
[0035] 圖3是本發(fā)明一個實施例中雙波束賦形模式下的系統(tǒng)示意圖；
[0036] 圖4是本發(fā)明一個實施例中單波束賦形模式下的系統(tǒng)示意圖；
[0037] 圖5是本發(fā)明一個實施例中大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的選擇方法 的一種應(yīng)用方式流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0039] 本發(fā)明實施例提出了一種大規(guī)模MIM0系統(tǒng)下自適應(yīng)波束賦形模式的選擇方法， 參見圖1，該方法包括：
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