[发明专利]大规模MIMO系统下行链路中基于密度的用户分组方法

说明书

本发明公开一种大规模MIMO下行链路中基于密度用户分组方法，包括以下步骤：步骤1、计算出所有用户相互之间的距离，得到距离矩阵；步骤2、根据距离矩阵得到k‑dist图，根据图中包含的用户密度分布信息得到DBSCAN算法的两个重要参数：半径和最小用户数阈值；步骤3、根据所述两个参数以后就从任意一个用户开始进行聚类，得到最终的用户分组结果。采用本发明的技术方案，通过找到合适的用户间距离度量方式，采用基于密度的聚类，利用用户的密度分布信息将一个小区中的所有用户分成几个小组，能够大大提高系统速率。

技术领域

本发明属于大规模MIMO中改进信道容量方法研究的相关领域，尤其涉及一种FDD系统中，大规模MIMO下行链路中基于密度用户分组方法。

背景技术

过去几十年中，无线网络中对数据传输速率的需求急剧增加，然而有限的频谱资源极大的限制了传输速率的增长，于是大规模MIMO凭借其高频谱利用率和高能量利用率，被认为是下一代无线通信系统的核心技术。大规模MIMO系统通过在基站端和用户端都装备几十上百根天线，来满足日益增长的传输速率需求，同时不增加额外的通信带宽。而且大规模MIMO可以降低系统延时，简化系统MAC层，并且鲁棒性更强。然而与TDD系统中的大规模MIMO不同，对于FDD系统中的大规模MIMO，存在一个知致命缺陷。TDD系统的上下行信道存在相互作用，可以利用上行传输进行下行信道估计；而FDD系统的上下行信道不存在这样的相互作用，并且大规模的天线系统会要求极大的信道估计开销，严重影响大规模MIMO的实际应用。为了解决这个问题，Ansuman Adhikary等学者提出了一个联合空间分集和多路复用(JSDM)方案，该方案将小区内用户进行分组后，再采用二级预编码方案，从而极大降低了系统的信道估计的开销。在JSDM方案中，用户分组主要是为了对系统进行降维处理，而二级预编码则极大简化了预编码的计算复杂度，二级预编码中，第一级的预波束成形编码用于消除用户的组间干扰，而第二级的预编码是为了消除组内用户间的干扰；但是在JSDM中，用户分组的结果将会对系统速率有较大的影响。

发明内容

本发明基于JSDM方案中用户分组和二级预编码技术提出了联合基于密度的用户分组的方法，通过找到合适的用户间距离度量方式，采用基于密度的聚类，利用用户的密度分布信息将一个小区中的所有用户分成几个小组，能够大大提高系统速率。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种大规模MIMO下行链路中基于密度用户分组方法包括以下步骤：

步骤1、计算出所有用户相互之间的距离，得到距离矩阵；

步骤2、根据距离矩阵得到k-dist图，根据图中包含的用户密度分布信息得到DBSCAN算法的两个重要参数：半径和最小用户数阈值；

步骤3、根据所述两个参数以后就从任意一个用户开始进行聚类，得到最终的用户分组结果。

作为优选，步骤1具体为：计算任意两个用户之间的距离，得到K×K维的距离矩阵dis，矩阵中第(k,j)个元素表示用户k和用户j之间的距离，表示为[dis]_k,j＝S(U_k,U_j)，其中，S(U_k,U_j)为根据基于子空间投影的相似度量方法计算得到的用户间距离。

作为优选，步骤2具体为：设用户j的k-dist表示是用户j与离他最近的第k个用户之间的距离，在得到每个用户的k-dist值后，将这些值升序排列，然后画成k-dist图，得到的k-dist图包含了用户的密度分布信息，所述k-dist图中第一个波谷中的第一个点是阈值点；其中，k-dist图中的k值等于Minpts，所述阈值点对应的y轴的值就是得到的eps值。