一種大規(guī)模天線場景下基于統(tǒng)計信道信息的下行傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設及一種大規(guī)模天線場景下基于統(tǒng)計信道 信息的下行傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，智能終端設備也越來越多，與此同時，各種無線應用與服 務與日俱增，隨之帶來的是對無線網(wǎng)絡高速率和高帶寬的需求。在過去的發(fā)展中，傳統(tǒng)物 理層發(fā)展出了多入多出技術(shù)（Multiple-I噸ut Multiple-〇u1:put，MIM0)與正交頻分復用 (Orthogonal Rrequen巧Division Multiplexing, (FDM)技術(shù)，大大提高了無線網(wǎng)絡的吞 吐量。在此基礎上，為了進一步提升數(shù)據(jù)率，又提出了大規(guī)模天線（Massive-MIMO)技術(shù)。該 技術(shù)在基站側(cè)配置大規(guī)模的天線，天線數(shù)目的增加能夠提供更多的自由度，因此能夠支持 更多數(shù)據(jù)流，顯著提升系統(tǒng)吞吐量。然而，該技術(shù)存在許多關(guān)鍵問題，首先是信道估計和反 饋的開銷非常巨大。在時分雙工（Time Division Duplexing, TDD)系統(tǒng)中，大規(guī)模天線的 信道估計能夠利用上下行對稱性，不需要大量導頻開銷，而在常用的頻分雙工（化equency Division Duplexing,抑D)系統(tǒng)中，大規(guī)模天線所需要的導頻開銷巨大，信道估計和反饋的 開銷會導致性能嚴重下降。然后，大規(guī)模天線在數(shù)據(jù)處理時，矩陣運算的計算量隨著矩陣維 度增加顯著上升。
[0003] 理論指出當天線數(shù)目很大時，用戶在空間的分辨率高。在實際場景中，用戶往往不 是均勻分布的，而是呈現(xiàn)一定的相對穩(wěn)定的群聚分布，例如一個咖啡廳，公交站，辦公室等 場景。散射條件相似一個群組的用戶信道信息在統(tǒng)計信息上有相似特性。且用戶信道在空 間維度上也往往呈現(xiàn)一定稀疏性，用戶信道在一段時間內(nèi)可能只在有限秩的子空間變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了減小在FDD系統(tǒng)大規(guī)模天線場景下，信道估計開銷和計算復 雜度，同時進行下行預編碼。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種大規(guī)模天線場景下基于統(tǒng)計信道信息的下 行傳輸方法，包括：
[0006] (1)輸入K個用戶信道相關(guān)矩陣分解后得到的UkW及分組數(shù)目G，采用K均值聚 類法將用戶按照統(tǒng)計信息相似度分組，分組后組中屯、作為外層預編碼，得到外層預編碼B;
[0007] 似輸入用戶組g內(nèi)等效瞬時信澄=咕，是2，..，/;4v.|]，用戶組支持數(shù)據(jù)流數(shù)bg， 對每個組利用外層預編碼降維后用戶等效信道選出調(diào)度用戶集合，獨立計算內(nèi)層預編碼， 得到內(nèi)層預編碼P;
[000引 做將整個下行預編碼表示為V=BP，B=巧1，B2, . .，Bg]，P=diag[Pi，P2, . .，Pg]， 則下行傳輸表示為y=HHyd+z，其中基站側(cè)到用戶的信道矩陣為H，d為SX1條原始數(shù)據(jù) 流，Z為零均值循環(huán)對稱復高斯噪聲。
[0009] 本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（1)具體包括：
[0010] (1-1)初始化，在用戶集合（1，2，...，K}隨機選取G個用戶作為算法初始化中屯、 點，設該6個用戶標號為JT(g)，Vg，初始中屯、點為^；二(7。,。。,八各，&=0，各=1，2，...乂；
[0011] (1-2)對于用戶k，計算用戶k的非零特征值對應特征矢量矩陣與每個組中屯、點弦 距離
[0012] (1-3)在（1-2)求出的該G個距離中找到最小值，設該組標號為苗，將該用戶k加 入到最小值對應的組5、,，，各'^ =argini"(/(斯二\: U腳.
[001引 （1-4)重復（1-。至（1-：3)步驟，直至。K個用戶都分配完畢；
[0014] (I-W更新每個組組中心
表 示矩陣
經(jīng)過特征分解后主特征值對應的特征矢量構(gòu)成的矩陣；
[00巧](1-6)重復（1-。至（l-W直至用戶組分配結(jié)果不變；
[001引 （1-7)輸出G個分組為Sg，G個中屯、點為Vg，外層預編碼Bg=Vg。
[0017] 本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟（2)具體為：
[001引（2-1)對于組徑，初始化*1。={各1，&，...，制},了《=0，馬。=0，00，1 = 1;
[0019] (2-2)對于每個kGSg，計算每個用戶等效信道《gt與已選用戶等效信道張成空間 Q正交部分：
當i=l時，
[0020](2-3)找到模長最大的Qk，其對應用戶標號n(i)
將該用戶加 入調(diào)度用戶集合TgU{> (1)}，其方向加入9^=9。^，該等效信道足<。成為抒^5的 新列向量，將該用戶從用戶組集合中刪除，Sg=Sg| 31 (i)，迭代次數(shù)i-i+1 ;
[0021] (2-4)判斷循環(huán)條件|lTg|含&&& *0 ,當滿足條件時，重復（2-2) (2-3);
[0022] (2-W內(nèi)層采用迫零預編碼，fg=八!..二<(//,..< )-1 ;
[0023](2-6)每個組獨立進行（2-1)至（2-5)步驟，得到每個組內(nèi)層預編碼矢量Pg，g= 1，2,. . .，G。
[0024] 本發(fā)明具有W下技術(shù)優(yōu)點和效果：
[00巧]1、本發(fā)明利用大規(guī)模天線的特性，提出了一種分步的預編碼策略，該策略分為外 層預編碼和內(nèi)層預編碼。外層預編碼用來消除組間干擾并且降低信道維度，減小導頻和信 道反饋開銷；內(nèi)層預編碼用降維后的瞬時等效信道信息消除本組用戶間的干擾，不同組內(nèi) 層預編碼過程可獨立進行，此過程降低了傳統(tǒng)大規(guī)模天線系統(tǒng)集中式計算復雜度。
[0026] 2、本方案能夠大大減少由于配置大規(guī)模天線所帶來的信道狀態(tài)反饋開銷；
[0027] 3、本方案能夠?qū)⑿^(qū)的用戶分成若干組，組間無干擾，組內(nèi)預編碼獨立進行，能夠 減少集中式預編碼帶來的運算復雜度。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)模型示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明下行傳輸流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0031] 本發(fā)明設及在大規(guī)模天線場景下，利用信道統(tǒng)計信息來減少信道狀態(tài)反饋開銷和 計算復雜度的下行預編碼方法，具體的說，一種兩步預編碼方案，利用統(tǒng)計信息進行用戶分 組和外層預編碼，利用等效瞬時信息進行用戶選擇和內(nèi)層預編碼的方案。
[0032] 系統(tǒng)模型如圖1所示，考慮抑D單小區(qū)系統(tǒng)下行信道，基站側(cè)配置大規(guī)模天線，發(fā) 射天線數(shù)為M，小區(qū)用戶數(shù)目為K，用戶側(cè)接收端天線數(shù)為1。
[0033] 基站到用戶的信道為hk，獲取到統(tǒng)計信息Rk，A=E訴々f}，統(tǒng)計信息Rk的特征值 分解為= 巧，Uk為Tk個非零特征值對應特征矢量構(gòu)成的MXrk維的矩陣，Ak為rkXrk維對角矩陣。
[0034] 算法流程如圖2所示，兩步預編碼具體操作如下，預編碼矩陣V=BP，第一步預編 碼B為MXb維外層預編碼，將原來M維度降到b，該外層預編碼依賴信道的統(tǒng)計信息，即信 道相關(guān)矩陣，來消除組間干擾；第二步預編碼P為bXS內(nèi)層預編碼，依賴降維后