[发明专利]一种多用户毫米波通信系统的波束赋形方法及系统

说明书

本发明属于数字信息技术领域，提供一种多用户毫米波通信系统的波束赋形方法及系统，包括：根据预设波束赋形训练算法，对用户端进行波束赋形训练，得到波束赋形训练结果；根据波束赋形训练结果，判断是否存在冲突用户端，冲突用户端为采用相同基站端下行发送波束赋形向量的用户端；若是，为冲突用户端选择待下行发送/接收波束赋形向量对，得到冲突用户端待下行接收波束赋形向量索引；将冲突用户端待下行接收波束赋形向量的索引发送给冲突用户端，使冲突用户端根据接收到的索引查找对应待下行接收波束赋形向量。通过在传统波束赋形机制中加入冲突判断过程，为冲突用户端重新选择波束赋形向量，提高传统波束赋形训练方法中冲突用户端的可达速率。

技术领域

本发明涉及数字信息技术领域，具体涉及一种多用户毫米波通信系统的波束赋形方法及系统。

背景技术

近年来，随着毫米波(Millimeter Wave)技术和大规模多输入多输出(MassiveMulti-Input Multi-Output,MIMO)技术被认为是未来5G关键技术的一部分，引起了学术界和工业界的广泛关注。毫米波频段具有大量可用频谱资源，能够满足移动通信日益增长的业务流量需求。此外，由于毫米波的波长较短，根据天线理论，毫米波系统的天线尺寸也较小，使得能够在小范围空间中放置几百甚至上千根天线，更有利于大规模天线技术在现实系统中的应用。虽然毫米波系统存在信道路径衰落过大的缺点，但可以利用大规模天线所提供的波束赋形技术来弥补毫米波信道路径衰落过大的缺点，为毫米波技术应用于移动通信提供了可能。

在一个单小区多用户毫米波大规模天线系统中，基站配备根M天线，同时服务K个用户端，每个用户端配备N根天线。传统的全数字预编码架构，通过一个全数字预编码矩阵将K个用户端的数据映射到M个射频链路和天线单元上，可以取得最优的预编码性能，然而这种架构需要M个射频链路，从而造成硬件复杂度高、功耗大等问题。因此多用户毫米波系统中通常采用混合预编码架构，包括全连接混合预编码架构和子连接混合预编码架构。如图1所示，在全连接混合预编码架构中，每个射频链路均与所有M根天线连接，来自各个射频链路的信号在天线端相加；如图2所示，在子连接混合预编码架构中，每个射频链路连接M/K根天线，即每根天线仅与一个射频链路相连接。

在混合预编码架构下，K个用户端的数据首先经过一个的数字预编码矩阵映射到K个射频链路上，每个射频链路上的信号经上变频后，通过移相器连接到天线上。相应的，用户端每根天线上的接收信号经移相器后相加，连接到一个射频链路上。混合预编码架构下，下行信号传输模型可表示为其中y_k为第k个用户端的数字端接收信号，H_k为第k个用户端和基站间的下行信道矩阵，F和B分别为模拟预编码和数字预编码矩阵，W_k表示第k个用户端的下行接收波束赋形向量，n_k表示高斯白噪声向量。需要注意的是，在全连接混合预编码架构下，有F＝[f₁,f₂,…,f_K]，其中表示第k个用户端的基站端下行发送波束赋形向量。而在子连接混合预编码架构下，有其中表示第k个用户端的基站端下行发送波束赋形向量。为了统一描述全连接和子连接混合预编码架构，我们定义H_k,p为第k个用户端和基站端连接到第p个射频链路的天线间的信道矩阵。对于全连接架构，由于每个射频链路都连接到所有天线，因此而对于子连接架构，有H_k＝[H_k,1,H_k,2,…,H_k,k]，即H_k,p为H_k的第到第列。受器件约束的限制，发送/接收波束赋形向量只能从预先定义的模拟码本中选择，分别为基站端的模拟码本F和用户端的模拟码本W。