一种FDD模式下数模混合低反馈量的多用户波束成形方法与流程

本发明属于通信抗干扰技术领域，具体的说是涉及一种FDD模式数模混合低反馈量的多用户波束成形方法。涉及多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术，多用户MIMO(Multi-User MIMO，MU-MIMO)技术，混合波束成形(Hybrid Beamforming)技术。

背景技术：

大唐公司提出的基于波束扫描的数模混合波束训练系统，在一个发送数据周期开始前，需要基站端依次发射所有的码字，然后各个用户接收后再将对于其最优的K个码字的序号反馈回基站，同时还要反馈这些码字对应的接收信号强度，基站根据用户的反馈，计算这些码字对应的信道容量，挑选出最优的K个码字并将其作为模拟域预编码矩阵。该方案出自IEEE Access(Page(s):13327-13335)的文献Multiple-Beam Selection With Limited Feedback for Hybrid Beamforming in Massive MIMO Systems。

由于用户之间的相互干扰是未知的，上述方案性能会远远差于纯数字的预编码方案，而且交互时间较长，反馈量非常大。如果可以以某种准则恰当的选择出对于每个用户的最优码本，相对于大唐的方案而言，不仅可以减少码字索引的反馈，还可以避免每个用户接收信号强度的反馈，从而大大减少系统的反馈量。

针对室外毫米波信道FDD模式现有技术用户反馈量较大的情况，本发明提出了一种数模混合低反馈量的多用户波束成形方法。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对大唐公司提出的室外毫米波信道FDD波束成形方案用户反馈量较大的情况，提供了一种多用户波束成形方法。

本申请通过基站首先发射候选码字，用户收到码字后选出信号最强的码字传送给基站，基站收到用户返回的码字后进行统计，若用户返回的最想码字出现相同的情况，这将返回相同码字的用户分为一组，再对组内用户进行第二次候选码字发射，组内用户收到候选码字后选择出信号最强码字，再发送给基站，这样实现用户反馈量大大减小，且在仅仅增加少量的交互时间的前提下，获得巨大的性能增益。因而本发明的技术方案：一种FDD模式下毫米波信道数模混合低反馈量的多用户波束成形方法，包括以下步骤：

步骤a.在MU-MIMO系统中，hk表示基站到第k个用户的下行信道，表示第k个用户在第一个发送周期第i根发射天线对应发送的码字；在第一个发送周期内，基站依次发送第一层码本所有的候选码字，第k个用户收到候选码字后挑选出接收信号功率最强的一个码字向量(即波束)：

其中，nk表示第k个用户对应信道的加性噪声，表示第k个用户在第一个发送周期中挑选出的码字向量，Nt表示天线的总个数；

步骤b.第k个用户将对应的索引反馈至基站，若某一个用户选出的对于该用户的最优码字与其他用户选出的最优码字均不相同，则基站该码字作为该用户的模拟预编码向量，若某些用户选择了相同的码字，则进入步骤c；

步骤c.若有m个码字被超过一个用户选为最优码字，则将该m个码字分别对应的用户分为m组；每组用户使用该组的最优一级码本的码字对应的二级码本的K个码字采用步骤a、b相同的方法进行选择，选出对于这些用户的最优二级码本码字作为相应用户的模拟预编码向量；

步骤d.将步骤b和步骤c选出的对应于每个用户的最优的一级或二级码字为vk，由其组成整个系统的模拟预编码矩阵，矩阵形式如下：

A＝[v1,v2,…,vK]

其中，K表示用户总数；

步骤e.基站通过传统信道估计的方法训练所有用户的等效信道并且设置数字预编码矩阵其中H表示信道矩阵，Λ为归一化系数矩阵，(·)^*表示矩阵的共轭转置。

本发明的有益效果为其相对于大唐公司的提案只需要反馈一个最优码字的索引，反馈量大大减小。且对比大唐公司的提案，该算法在仅仅增加少量的交互时间的前提下，获得巨大的性能增益。

附图说明

图1为数模混合波束成型系统框图。

图2为本发明与大唐公司方案性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里就被忽略。

本发明的具体实施方案如图1所示的系统图，实施例具体描述为：FDD模式下的多用户系统，数模混合波束成型系统结构，基站天线数为32，有4个射频，每个射频连接32根天线，用户数为4个，假设每个射频服务1个用户，每个用户对应单天线。

步骤1：在第一个发送周期内，基站依次发送第一层码本所有的候选码字，4个用户分别挑选出接收信号功率最强的码字向量。

步骤2：4个用户将挑选出的接收信号功率最强的码字向量对应的索引反馈至基站。若某一个用户选出的对于该用户的最优码字与其他用户选出的最优码字均不相同，该码字则作为该用户的模拟预编码向量。若某些用户选择了相同的码字，则进入步骤3。

步骤3：若有码字被超过一个用户选为最优码字，则将选择相同码字的用户化为同一组，每组用户使用该组对应的最优一级码本的码字对应的二级码本的4个码字如步骤1、2所示方法进行扫描，并选出对于每个用户的最优二级码本码字，作为相应用户的模拟预编码向量。

步骤4：将步骤2和步骤3选出的对应于每个用户的最优的一级或二级码字，由其组成整个系统的模拟预编码矩阵。当第2个用户与第4个用户选择相同的一级码字，第1个用户和第3个用户没有选择与其他用户重复的码字时，矩阵形式如下：

步骤5：基站通过传统信道估计的方法训练4个用户的等效信道并且设置数字预编码矩阵其中H表示信道矩阵，Λ为归一化系数矩阵，(·)^*表示矩阵的共轭转置。

根据图2可得，在相同条件下本发明性能好于大唐的方案(图2所示结果是采用本例中的上述方法通过500次信道实现仿真获得的)。

表1仿真参数