[发明专利]一种基于最大化最小相位差值的混合波束成形方法

摘要

本发明涉及一种基于最大化最小相位差值的混合波束成形方法。现有方法模拟波束成形部分需要大量码本集合用于恢复终端发送的信号，导致复杂度过高，难以实现。本发明首先利用信道增益门限和阵列响应向量的相关特性，从模拟波束成形向量码本中筛选出能够提供较高信号功率的向量集合。然后利用模拟波束成形向量与主要传播路径阵列响应向量的相位差衡量用户间干扰，提出采用最大化最小相位差值的准则抑制最强用户间干扰。本发明利用信道增益门限从模拟波束成形向量码本中筛选出能够提供较高信号功率的向量集合，保证了较大的接收功率。本发明方法能够减轻用户间的干扰，提高系统容量，同时保证较低复杂度。

主权项

1.一种基于最大化最小相位差值的混合波束成形方法，该方法基于单个小区内，包含一个基站和多个用户的上行毫米波通信系统；基站天线阵列为均匀线性阵，用户为单天线，基站采用混合波束成形；对任何用户而言，码本设置为有限个天线阵列响应向量的集合其中c为实数，M为基站端天线数，为可实现相移器相位，即模拟波束成形角，限定模拟波束成形角的范围为[0,π)，为天线阵列响应向量，λ为载波波长，d为基站端相邻天线间距，j为复数，满足j²＝‑1，根据模拟波束成形矩阵W_RF和信道特性矩阵H采用最小均方误差准则计算数字处理矩阵表示W_RF的共轭转置；其特征在于该方法的具体步骤是：步骤1、功率保证阶段：计算每个用户满足功率要求的码本集合：基站模拟波束成形码本为有限，首先通过路径增益门限的设置，选出高于路径增益门限的路径，接着根据这些路径对应的波达角从码本中选择与其相位差值最小的向量形成每个用户的候选模拟波束成形向量集合；具体方法是：1.1.计算路径增益门限：用户k的信道向量为h_k，L_k为路径数，α_kl为相应的路径增益，为波达角；计算用户各路径增益模的均值并将其设置为路径增益门限ε_k：1.2.计算满足功率要求的模拟波束成形向量集合：对于用户k，首先计算选出路径增益模高于ε_k的路径，即满足|α_kl|＞ε_k，然后计算对应路径波达角与码本中，向量相位差的绝对值小于的向量，即满足满足上述两个条件的集合为即为满足功率要求的模拟波束成形向量集合Fk：其中θ_k满足功率要求的模拟波束成形向量角，为θ_k的集合；步骤2、干扰降低阶段：2.1.信道特性向量的近似：将h_k近似为为最大路径增益，为其对应的相位；2.2.最大化最小相位差：对于用户k，计算P_k中元素与其他k‑1个用户最大路径增益对应波达角相位差的最小值D_kl，其中，T_k＝{m|m≠k,m＝1,···,K}；T_k为其他k‑1个用户的索引集合，m为用户索引；P_k表示集合去除已经选出的最优波束成形角度后剩下的集合，t为实数，表示已选出的最优波束成形角的索引；计算出所有D_kl，找出最大值所对应的中元素作为最优波束成形角度得到模拟波束成形向量，[W_RF]_k表示模拟波束成形矩阵W_RF的第k列；按照k＝1,···,K的顺序重复步骤1和2得到完整的W_RF矩阵。