[发明专利]一种基于NOMA的波束选择方法

说明书

一种基于NOMA的波束选择方法，能够提高大规模MIMO系统的性能和通信质量，属于频谱功率分配技术领域。本发明包括：S1、建立大规模MIMO系统的信道模型，并转换为波束空间下的信道模型；S2、对信道模型中的用户进行分簇，若两个用户对应信道向量幅值最大的两行位置相同，则把它们当作同一簇的用户，没有配对的用户自成一簇，得到波束空间下的信道矩阵；S3、基于波束空间下的信道矩阵，利用改进的最大信干噪比波束选择算法或改进的最大容量选择算法得到波束选择后信道矩阵；S4、根据波束选择后信道矩阵进行迫零预编码，得到预编码矩阵，对不同簇的用户进行分布式功率分配，在同簇的多个用户之间引入非正交多址接入技术进行分布式的功率分配。

技术领域

本发明涉及一种基于NOMA的大规模MIMO系统中的波束选择方法，属于频谱功率分配技术领域。

背景技术

近些年来，随着移动设备更加普遍的使用，无线数据量迅速增长，人们对无线网络的容量的要求也随之增高。在最新的5G通信中，毫米波下的多天线Massive MIMO(Multiple-input multiple-output,多输入多输出技术))在提高频谱利用率，控制干扰等方面体现出巨大的优势，在未来5G通信中将占据重要地位。

然而毫米波Massive MIMO对发射端硬件功耗提出了较高的要求。因此工业界和学术界将目光转向了波束空间领域波束选择算法的研究，将Massive MIMO波束成形技术应用到波束空间下，发射端采用混合波束成形可以很大程度上减小硬件复杂度和功耗，同时达到近似最优的通信性能。在波束空间下，将物理信道模型中的波束转换到角度域，因此，在B-MIMO中每条射频链路对应了某个方向角度上的波束，不再对应于一根天线。这种情况下，可以认为不同的单天线用户可以通过选择若干个方向上的波束来满足自身的通信需求，这也就是波束空间信道的稀疏性。所以，可以理解为通过采用只会引起部分可忽略性能损失的DLA(Discrete Lens Array，离散透镜阵列)，可以将传统的物理空间信道模型转换到角度域的波束空间信道模型，此时便可以利用信道矩阵稀疏性，通过仅仅选择小部分的波束，在不对整体系统性能造成过多损失的情况下，完成通信过程，这种选择最终进一步降低了射频链路的数量。为了解决上述问题，天线选择的技术被提出，但随着波束空间概念的提出，波束选择算法随即被广泛研究。波束选择算法可以看作天线选择在波束空间下的处理。各种不同的波束选择算法的提出，使得针对不同算法的性能分析变得尤为重要，现有波束选择算法对提高大规模MIMO系统的性能和通信质量还有待提高。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种能够提高大规模MIMO系统的性能和通信质量的基于NOMA的波束选择方法。

本发明的一种基于NOMA的波束选择方法，包括：

S1、建立大规模MIMO系统的信道模型，并转换为波束空间下的信道模型；

S2、对信道模型中的用户进行分簇，若两个用户对应信道向量幅值最大的两行位置相同，则把它们当作同一簇的用户，没有配对的用户自成一簇，得到波束空间下的信道矩阵H_b；

S3、基于波束空间下的信道矩阵H_b，利用改进的最大信干噪比波束选择算法得到波束选择后信道矩阵具体包括：

S31、令矩阵C＝H_b，F＝C(C^HC)^-1，F表示归一化的信道矩阵，C_l表示矩阵C去掉第l个波束后的信道矩阵，N_c是决定共选择的波束数量，n表示总的波束数量；