[发明专利]一种超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法

说明书

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法，通过在三维空间中建立单小区多用户超大规模MIMO系统模型，根据所建模型，利用统计信道状态信息，基于信号泄露噪声比最大准则，设计出超大规模MIMO中包含球面波特征的最优发射策略；结果表明，球面波模型下的最优发射策略与多用户所处位置有关，采用用户调度策略可以解决波束与用户间的误匹配问题。在此基础上，提出了一种基于贪婪思想的低复杂度用户调度策略。由此，超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法，通过所建模型，以信号泄露噪声比最大得包含球面波特征的最优发射方向，降低波束与用户的误匹配，提出低复杂度的用户调度策略，有效地提高系统频谱利用效率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法。

背景技术

由于超大规模MIMO(Multiple Input Multiple Output，多进多出)技术可以充分挖掘空间资源，能满足低功耗和极高频谱效率的迫切需求，已经成为第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System，5G)物理层的关键技术。

与传统MIMO相比，网络实测结果显示，在大规模MIMO通信场景下，无线传输信道中存在着球面波特性。针对点对点的均匀线性天线阵列，现有研究提出了一种包含球面波前的大规模MIMO三维信道模型，并通过数值仿真分析了天线阵元位置对信道空间相关性的影响。研究结果表明，空间相关性随着发射端天线阵元的间隔增加而减少，随着接收端天线阵元的间隔增加而呈现波动性。

基于此研究，现有研究提出了一种包含球面波前的二维椭圆信道模型，它假设AOA(Angle Of Arrive,到达角)和AOD(Angle Of Departure，发射角)相关联。研究结果表明，球面波模型中大规模MIMO的空间相关性与平面波模型中相关性极为不同。在点对点均匀线性阵列中的大规模MIMO直射环境中，基于计算机仿真，现有研究给出了平面波与球面波模型中信道容量对比。研究结果表明，使用球面波模型，即使在直射信道中，大规模MIMO信道容量也会随着天线数的增加而增加，并且它能达到适宜传播环境中的容量上界，然而平面波模型中的大规模MIMO信道容量不会随着天线数的增加而增加。

现有研究主要是围绕大规模MIMO的信道测量，信道建模和信道容量展开研究，没有研究超大规模MIMO中包含球面波特征的传输理论方法。同时，在超大规模MIMO中，已知理想信道状态信息同样重要。但在实际通信场景中，由于导频污染、信道估计误差、反馈延迟和量化误差的存在，并不能获得理想的信道状态信息，这导致超大规模MIMO性能下降。

一种基于统计信道状态信息的多用户MIMO传输方案被研究，研究结果表明，与瞬时信道状态信息相比，统计信道状态信息变化缓慢，并且对于误差和反馈延时具有更强的鲁棒性。从而，研究基于统计信道状态信息的多用户超大规模MIMO传输引起了广泛关注。

如何进一步实现多用户超大规模MIMO中包含球面波特征的最优传输设计，是本领域中需要进一步研究的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法，以实现多用户超大规模MIMO中包含球面波特征的最优传输。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种超大规模MIMO中包含球面波特征的传输方法，包括以下步骤：

在三维空间中构建超大规模MIMO多用户系统；

获取统计信道状态信息，并利用统计信道状态信息，结合Mullen不等式，推导信号泄露噪声比下界，确定出第k个用户的信号泄露噪声比；

以信号泄露噪声比最大为准则，确定出包含球面波建模的最优发射方向；