[发明专利]一种基于二维迭代的多播波束赋形方法

说明书

技术领域

本发明属于多输入多输出(MIMO)宽带无线和移动通信技术领域，具体涉及适用于802.11n、TD-HSPA+、TD-LTE及TD-LTE-Advanced等新一代宽带无线和移动通信系统发送天线数较大的单组物理层多播场景下的波束赋形方法。

背景技术

在发送信号功率受限的情况下，基站端如何采用发送波束赋形方法传输公共信息给一组用户以获得最大多播传输速率，是当前MIMO宽带无线和移动通信系统的研究热点问题。在《国际电气与电子工程师协会-信号处理汇刊》(IEEE Transactions on Signal Processing，vol.54，no.6，pp.2239-2251，June 2006)“物理层多播波束赋形”(Transmit beamforming for physical-layer multicasting)一文中指出，该问题实质上属于非确定性多项式难题(NP-hard)，并提出了一种基于半定松弛法(SDR)并结合随机化处理(Randomization)的波束赋形向量设计方法，即SDR随机化方法。当基站端配置两根发送天线时，中国专利申请号201110313794.3提出的“一种基于剪枝搜索的两天线波束赋形方法”中设计的基于性能瓶颈用户的剪枝搜索和代数求解方法具有优于SDR随机化方法的多播传输速率和低于SDR随机化方法的运算复杂度，特别适用于用户数较多的多播场景。然而，当基站端配置发送天线数超过两根时，寻求原问题的最优解变得十分复杂，一方面难以获得确切性能瓶颈用户数并基于瓶颈用户实施剪枝搜索与代数计算，另一方面随着天线数和用户数的增加，采用SDR随机化方法易引起性能严重衰竭。中国专利申请号201110099222.x提出的“一种多输入多输出波束赋形方法”，采用一维迭代设计波束赋形向量，虽然适用于发送天线数大于2场景，但其性能与理论限仍有较大差距。因此，当基站端配置发送天线数超过两根时，现有方法难以实时有效地应用于新型宽带无线和移动通信系统中，迫切需要设计具有高性能低复杂度特征的多播波束赋形方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于二维迭代的多播波束赋形方法，以适用于发送天线数超过两根的物理层多播场景，并改善现有SDR随机化方法在获取波束赋形向量过程中所存在的运算量较大、性能较差，无法实时有效应用于实际通信系统的问题。

本发明基于二维迭代的多播波束赋形方法，设基站配置发送天线数M＞2根，多播用户组含K个用户，且其中的第k个用户配置N_k根接收天线，对应的信道矩阵为并在基站端已知，波束赋形向量w∈￡^M；其特征在于具体操作步骤为：

第一步：令信道权和矩阵Q满足关系式对其进行奇异值分解，获得其最大右奇异值对应的右奇异向量v_max，初始化波束赋形向量w＝v_max，初始化迭代门限δ₀＝-100dB，初始化迭代次数m＝1，设当前瓶颈用户数为C＝3，最大瓶颈用户数为L＝min{2M-2，K}及瓶颈信噪比λ₀＝-∞；

第二步：在第m次迭代过程中，依用户k的信噪比ρ_k计算式k＝1，L，K，依次计算K个用户的信噪比，选择其中信噪比最小的C个用户作为当前瓶颈用户，并存储各瓶颈用户索引b_k于瓶颈用户集合B＝{b₁，L，b_C}中；