[发明专利]基于发送辅助选择用户反馈的正交预波束成形传输方法

摘要

本发明公开了一种无线网络的数据传输方法，首先对系统进行初始化，再系统按周期发送信号，当前发送周期内，系统根据上一发送周期中反馈门限Γ，选择系统中部分用户进行反馈，反馈的用户选择子信道增益增量码字，并通过反馈信道反馈到发送端，选择反馈的用户选择量化预波束向量，并通过反馈信道连同子信道增益增量码字一起反馈到发送端，送端在所有进行反馈的用户中根据准正交设计方法选择出N_T个用户，构造N_T个被选择的用户的信号，构造系统总发送信号，在当前发送周期内，系统设置反馈门限值Γ，利用系统广播信道对所有用户广播，以供下个周期系统选择用户。

主权项

1.一种基于发送辅助选择用户反馈的正交预波束成形传输方法，其特征在于：第一步：采用如下步骤对系统进行初始化：a.根据信道物理参数和系统参数确定系统用户信道相关矩阵R，并由R进一步确定用户信道状态矩阵H分布函数和H最大特征子信道增益分布函数和统计均值E[h²]，b.计小区用户总数K，计算归一化用户数kl＝K/N_T，N_T为发送天线数，c.设定系统用户目标反馈数量Kn，取为发送天线N_T的6至10倍，d.给出系统开始工作所需的初始反馈门限Γ，令反馈门限为E[h²]，e.设置构造发送信号所需的预波束向量码本，设置预波束向量码本方法如下：a)给定系统由于波束向量的量化带来的信道功率退化系数目标值ζ，b)确定预波束向量码本中码字个数N，N是满足以下两个条件的最小正整数：①保证功率退化系数大于目标值ζ，令ζ~=ζ/E[h2]]]>为归一化功率退化系数目标值，即N≥1-(ζ~)1/kl((NT-1)/4NT)NT-1(1-(NT-1)/4NT),]]>②N为发送天线数N_T的整数倍，c)设计Nm组向量码字，Nm为步骤b)中确定的N与发送天线数N_T的商，每组N_T个向量码字相互正交，具体过程如下：①生成信道状态矩阵的一个样本H，进行奇异值分解H＝AΛB^H，令第一组N_T个相互正交的预波束向量码字分别为B的N_T个列向量，这组码字记为B¹，②生成信道状态矩阵的另一个样本H，进行奇异值分解H＝AΛB^H，如果B^HB¹，B^HB²，…，B^HB^n-1中所有的元素绝对值位于1/Nm和1-1/Nm之间，则令第n组N_T个相互正交的预波束向量码字分别为B的N_T个列向量，这组码字记为Bⁿ。反之，则重新生成样本H，③重复步骤②，直到生成第Nm组N_T个相互正交的预波束向量码字这组码字记为B^Nm，f.置构造发送信号所需的子信道增益增量码本，这里子信道增益增量是指子信道增益减去反馈门限的差值。设置子信道增益增量码本方法如下：a)根据H最大特征子信道增益分布函数，确定子信道增益增量范围，设增益增量范围为0～Mh²，对所有大于Mh²的增益增量都令其为Mh²，b)定增益增量码本个数M，M是满足以下两个条件的最小正整数：①满足系统给定的系统要求，②M以2为底的对数为正整数，c)对0～Mh²增益增量范围进行分割，具体过程如下：①对0～Mh²增益增量范围归一化，使其在0～1的分布范围，②对0～1间的增益增量值按A率压缩，③将压缩后的增益增量值平均分割为M个区间，设为Δ＝{Δ¹，Δ²，LΔ^M}，④对这M个区间进行编码，每log₂M个二进制数构成一个码字，对应一个区间，得到增益增量码本C＝{C¹，C²，LC^M}，第二步：系统按周期发送信号，每个发送周期中的信号构造方法如下：a.当前发送周期内，系统根据上一发送周期中反馈门限Γ，选择系统中部分用户进行反馈，具体过程如下：①用户k(k＝1，L，K，K为系统中总用户数)在接收端完成信道状态估计后，对信道矩阵进行奇异值分解Hk=AkΣkBkH,]]>得到最大子信道增益值h_k²，②所有最大子信道增益值大于等于反馈门限的用户被选择为反馈用户，其信息反馈到发送端，其余用户等待，设反馈用户总数为K′，b.反馈的用户选择子信道增益增量码字，并通过反馈信道反馈到发送端，子信道增益增量码字选择过程如下：①用户k′(k′＝1，L，K′)计算最大子信道增益值h_k′²与反馈门限的差值，②确定此差值对应的增量区间Δ^mk′，③选择此增量区间对应的码字为用户所要反馈的码字，设为C^mk′，c.选择反馈的用户选择量化预波束向量，并通过反馈信道连同子信道增益增量码字一起反馈到发送端，量化预波束向量选择过程如下：①用户k′(k′＝1，L，K′)根据信道奇异值分解Hk′=Ak′Σk′Bk′H]]>得到最优预波束向量b_k′，b_k′为B_k的第一列列向量，②从预波束向量码本中选择量化预波束向量码字，即fnk′=argminfi,i=1,L,N||bk′bk′H-fi(fi)H||F2,]]>d.送端在所有进行反馈的用户中根据准正交设计方法选择出N_T个用户，具体过程如下：①计算用户k′(k′＝1，L，K′)的最大子信道增益②计算用户k′接收端信噪比③选择第一个用户use1=argmin1k′/SNRk′,]]>④选择第k″个用户usek′′=argmini≠1,L,k′′-1(1/SNRi+Σj=1k′′-1ηj,i),]]>这里ηj,i=|(fni)Hfnj|2,]]>⑤重复步骤d，直到k″＝N_T，e.构造N_T个被选择的用户的信号，首先令用户k″(k″＝1，L，N_T)的预波束向量为fk′′=P/NTfnk′′,]]>得到用户k″发送信号为f_k″x_k″，这里x_k″为用户待传的信息符号，f.构造系统总发送信号，总发送信号通过直接叠加N_T个被选择的用户的信号得到，即Tx=f1x1+f2x2+L+fNTxNT,]]>g.在当前发送周期内，系统设置反馈门限值Γ，利用系统广播信道对所有用户广播，以供下个周期系统选择用户，反馈门限值Γ设置过程如下：①计算当前周期内所有反馈用户的子信道增益均值h²，②计算K′与Kn的最大值和差值，并计算差值和最大值的商，将此商乘以子信道增益均值得到反馈门限的调整步长，③下个周期反馈门限为当前反馈门限值减去调整步长。