[发明专利]多用户3D‑MIMO系统中三维波束赋形设计方法

权利要求书

1.多用户3D-MIMO系统中三维波束赋形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据用户在3D场景中的分布模型，计算基站到用户直视径的顶角的概率密度函数，并根据顶角的概率密度函数来设计出在多用户MIMO系统中的多用户调度算法；

2)基站向用户发送信号时，其配置的平面天线阵列中的每一个天线端口都服务一个单独的用户，这些天线端口上所施加的预编码为3GPP标准中建议的预编码，同时服务的用户由多用户调度算法从所有用户中选择；

3)基站天线阵列的配置由所设计的多用户调度算法来决定，施加在每个天线端口上的预编码中使用的电子下倾角由采用的基站天线阵列的配置来决定，最终实现最大化系统吞吐量的目的。

2.根据权利要求1所述的多用户3D-MIMO系统中三维波束赋形设计方法，其特征在于，步骤1)中，应用被提出于3GPP标准中新的3D场景中用户的分布规律，计算用户直视径的顶角的概率密度函数。

3.根据权利要求1所述的多用户3D-MIMO系统中三维波束赋形设计方法，其特征在于，步骤1)中，该系统中的多用户调度算法，应该满足以下条件：

其每次同时调度的用户其顶角之差为θ_d，应该满足θ_d的期望尽可能大，即

maxE(θ_d)(1)

其中，E()表示取数学期望，同时，应该在满足以上条件下使得所有θ_d尽可能接近，即

min|σθd2|---(2)]]>

其中，表示所有θ_d的方差。

4.根据权利要求1所述的多用户3D-MIMO系统中三维波束赋形设计方法，其特征在于，步骤2)中，具体包括如下的步骤：

2-1)基站使用设计的多用户调度算法选择每个时间间隔上同时调度的用户；

2-2)基站使用一个M×N个天线元素组成的矩形天线阵列，每个天线阵列的一列作为一个单独的天线端口，服务同时调度的其中一个用户；

2-3)每个天线端口中第m个天线元素使用的预编码ω_m为

ωm=1Mexp(-j2πλ(m-1)dvcosθetilt)---(3)]]>

其中，M为天线阵列的行数，λ为载波波长，m为天线元素的序号，d_v为阵列的行间距，θ_etilt为使用的电子下倾角，π为圆周率，同一个天线端口中所有天线元素使用的预编码中的电子下倾角都相同，不同的端口使用的预编码中的电子下倾角不同。

5.根据权利要求4所述的多用户3D-MIMO系统中三维波束赋形设计方法，其特征在于，步骤3)中，具体包括如下的步骤：

3-1)基站所使用的天线阵列为M×N个天线元素组成的矩形天线阵列，天线阵列配置中的M应该满足：

其中，表示向下取整，θ_M表示天线阵列主瓣宽度的二分之一，最优的θ_M是满足下面超越方程的唯一解：

θM1+S(θM)+θM-Eθd2Eθd=0---(4)]]>

其中，S(θ_M)是θ_M的函数，代表和天线阵列主瓣宽度相关的物理量，通过表达式为：

计算；

ln()表示取自然对数，E()表示数学期望，θ_d为每次同时调度的用户其顶角之差；

3-2)同一个天线端口中所有天线元素使用的预编码中的电子下倾角θ_etilt都相等，应该满足

θ_etilt＝θ_z+Δθ(5)

其中，θ_z为该天线端口服务用户的顶角，Δθ为调整角，应该满足

Δθ＝θ_M-θ_d(6)

其中，θ_d为每次同时调度的用户其顶角之差，θ_M是由下列公式计算：

θM=arcsin(1M·λdv)---(7)]]>

其中，λ为载波波长，d_v为阵列的行间距，M为天线阵列的行数。