一種3d-mimo系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】一種3D-MIMO系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法，操作步驟如下：計(jì)算開(kāi)發(fā)空間相關(guān)矩陣的空間相關(guān)SCB-BF方案的賦形權(quán)重向量，獲取部分信道信息，計(jì)算相位參數(shù)，以及根據(jù)已經(jīng)獲取的三個(gè)參數(shù)和設(shè)定公式計(jì)算得到SP-BF方案的權(quán)重向量后，利用該權(quán)重向量以波束賦形方式向用戶發(fā)送信號(hào)。本發(fā)明方法利用基站已獲知發(fā)送相關(guān)陣R的基礎(chǔ)，挑選部分天線進(jìn)行信道估計(jì)，并利用獲得的部分信道向量信息改造開(kāi)發(fā)相關(guān)陣的賦形權(quán)重向量wSCB，得到新權(quán)重向量wSP，而新權(quán)重向量wSP的系統(tǒng)性能更好。此外，通過(guò)調(diào)整獲取信道信息的比例，本發(fā)明可動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)系能和信道獲取的開(kāi)銷。且操作步驟簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算復(fù)雜度低，可用于指導(dǎo)FDD?3D-MIMO系統(tǒng)的傳輸方案設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】-種3D-MI MO系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三維多輸入多輸出 3D-MIM0 (Three Dimensional Multiple Input Multiple Output)系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法，屬于多天線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 多天線ΜΜ0技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，可以在不增加頻譜帶寬和發(fā)射功率的情況下，提 高鏈路傳輸質(zhì)量并增加系統(tǒng)容量，因此，ΜΜ0技術(shù)已經(jīng)成為幾乎所有新興無(wú)線寬帶標(biāo)準(zhǔn)的 關(guān)鍵特征。例如第三代合作伙伴項(xiàng)目3GPP的LTE-A標(biāo)準(zhǔn)。多天線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是在基 站上安裝越來(lái)越多的天線，即所謂的大規(guī)模天線系統(tǒng)。使用相對(duì)過(guò)量的基站天線，可以潛在 地實(shí)現(xiàn)空前的頻譜效率和能量效率，顯著提高系統(tǒng)性能?，F(xiàn)在，大規(guī)模天線技術(shù)作為5G的 一種候選關(guān)鍵技術(shù)，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。
[0003] 然而，在實(shí)際系統(tǒng)中，由于基站的天線安裝空間有限，應(yīng)用于理論分析的線性大規(guī) 模天線陣列是不切實(shí)際的，促使安裝空間緊湊的2D、3D天線陣列結(jié)構(gòu)的3D-MM0系統(tǒng)的誕 生。在3D-MM0系統(tǒng)中，基站的天線單元在其垂直維也有分布，為其信號(hào)處理帶來(lái)了新的垂 直維自由度。
[0004] 參見(jiàn)圖1,介紹本發(fā)明3D-MM0系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法所適用的通信系統(tǒng)場(chǎng)景 組成架構(gòu)：基站的天線數(shù)為N，基站通過(guò)波束賦形的方式給用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，則該通信系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)模型可表示為：接收符號(hào)

【權(quán)利要求】
1. 一種三維多輸入多輸出 3D-MIM0 (Three Dimensional Multiple Input Multiple Output)系統(tǒng)的波束賦形實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步驟： 步驟1，計(jì)算開(kāi)發(fā)空間相關(guān)矩陣的空間相關(guān)SCB-BF (Spatial-correlation-based beamforming)方案的賦形權(quán)重向量：設(shè)置系統(tǒng)的基站配置有N根天線單元，則用戶與基站 之間的全信道共包括N個(gè)分量，設(shè)該全信道向量h =㈨，h2，…h(huán)n，…，hN]，其中，自然數(shù)η為 天線單元的序號(hào)，其最大數(shù)為N ;hn是第η根天線單元對(duì)應(yīng)的信道復(fù)系數(shù)，再設(shè)置基站已獲 知用戶的發(fā)送相關(guān)矩陣R ;基站根據(jù)上述參數(shù)和按照下述公式，計(jì)算得到僅開(kāi)發(fā)空間相關(guān) 性的 SCB-BF 方案的賦形權(quán)重向里 wSCB :wSCB - [wSCB，丨，wSCB，2，…，wSCB， n,…，wSCB，N]，式中，wSCB 為 矩陣R的最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，是準(zhǔn)靜態(tài)的，其上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置：即wsc：B為列向量， wSCB，n是SCB-BF方案中第η根天線單元上的復(fù)權(quán)重； 步驟2,獲取部分信道信息：基站發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)給用戶，用戶反饋信息給基站； 步驟3,計(jì)算相位參數(shù)：基站根據(jù)反饋的部分信道信息ft和賦形增益hwSCB，計(jì)算得到 相位參數(shù)ω = --g/e(hwWYi -)，其中，符號(hào)angle (X)表示取括號(hào)中復(fù)數(shù)X的相位 值，是wSCB在所選取的共K根天線單元上的權(quán)重分量組成的部分權(quán)重向量，且滿足
;[WSCB]n和k 1分別為向量wsra和Wscg的第η個(gè)分量; lw.vre 步驟4,基站根據(jù)已經(jīng)獲取的wSCB、fi和ω三個(gè)參數(shù)和下述公式計(jì)算得到SP-BF方案 的權(quán)重向量wSP后，利用該權(quán)重向量wSP以波束賦形方式向用戶發(fā)送信號(hào)：所述權(quán)重向量
WSP在第η根天線單元上的分量為[wSP]n ;其中， e其他
分別為部分權(quán)重向量兔Η?和部分信道向量￡的二范數(shù)，而
為新構(gòu)造的權(quán)重向量
的第η個(gè)分量，式中，表示部分信道￡的共軛轉(zhuǎn)置， 為復(fù)相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括下列操作內(nèi)容： (21)挑選天線單元：從上述N根天線單元組成的天線陣列中共選取K根天線單元，該K 根天線單元的序號(hào)組成集合U ;若該K根天線單元中的第k根天線單元的序號(hào)為μ k，且滿 足1彡μ k彡N，則U = { μ ^ μ 2,…，μ k,…μ κ};基站只獲取該被選取的K根天線單元對(duì) 應(yīng)的信道，并將準(zhǔn)備獲取的部分信道記做I ?則欲獲取的部分信道￡與實(shí)際的全信道h之間
/1 E U 滿力 we 其中，和[h]n分別為向量|和h的第η個(gè)分量； (22) 發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)：基站發(fā)送用于信道估計(jì)的導(dǎo)頻符號(hào)，共使用Κ+l個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)：前K 個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)分別在被選取的Κ根天線上直接發(fā)送，用于估計(jì)部分信道β;最后一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào) 是通過(guò)權(quán)重向量wsc：B賦形，再在Ν根天線單元上發(fā)送，用于估計(jì)相位參數(shù)； (23) 反饋信道信息：用戶接收導(dǎo)頻信號(hào)，利用前K個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)得到部分信道向量 ,再利用最后一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)估計(jì)得到信道向量h和權(quán)重向量w sra的乘積，即SCB-BF方案 的賦形增益hwsc：B ;然后，用戶將部分信道向量fi和hwsc：B-起經(jīng)由上行信道反饋給基站。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：基站通過(guò)權(quán)重向量wSP進(jìn)行SP-BF波束賦 形給用戶發(fā)送信號(hào)時(shí)，用戶的接收信號(hào)質(zhì)量要比傳統(tǒng)的僅開(kāi)發(fā)空間相關(guān)性的SCB-BF方案 下的接收信號(hào)質(zhì)量明顯得到改善和提高，能夠接近MRT方案的性能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，為了有效提高波束賦形的性 能，必須準(zhǔn)確獲取相位參數(shù)ω ;而相位參數(shù)ω的獲取只需要占用一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)頻符號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，基站在波束賦形時(shí)綜合利用 發(fā)送相關(guān)矩陣和部分信道信息來(lái)提高賦形效果，并調(diào)節(jié)獲取的信道信息比例來(lái)平衡系統(tǒng)的 性能和開(kāi)銷。
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK104158577SQ201410427629
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】鄭侃, 邵斌, 趙龍, 張玉艷 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)