大规模mimo系统下自适应波束赋形模式的选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术，具体涉及一种大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式的 选择方法。
【背景技术】
[0002] 目前大规模MIM0 (Multiple-I吨utMultiple-〇u1:put，多入多出）系统在多天线 系统领域正成为一种新的研究热点。与传统的MIM0系统相比，在大规模MIM0系统中基站 端天线阵列配有几十个甚至上百个天线单元。而正是天线单元个数的大幅提升，使得我们 在各种场景中需要将新的影响因素考虑在内，该就给系统性能如何优化的问题带来了机遇 和挑战。一方面，相比于单天线系统，多天线系统最大的优势在于可W提供更高的容量，可 W满足当前通信网络对更高的容量的需求，并且可W提高频谱效率和能量效率。此外，大规 模天线产生了一个大尺寸(维度）的传播矩阵，大规模的传播矩阵会使信道硬化，同时带来 信道特性的变化，比如抗干扰和噪声性能提高。但是另一方面，使用大规模天线需要付出一 定的代价，主要体现在基站端天线架设困难度提高和信号处理的复杂度提高。
[0003] 因此，在大规模MIM0系统中，我们需要解决的首要问题就是如何W最小的代价利 用大天线阵列。W往的研究已经给了我们一些启示；在CDMA系统中有研究成果提出一种自 适应扇区化算法，可W实现最优系统性能；更有理论证明，更多的扇区划分，可W获得更高 的吞吐量。因此，我们得出结论，扇区化和多波束传输有利于提高系统性能，将自适应波束 模式方案应用于MIM0系统中对系统总性能提升是有益的。在大规模MIM0系统中，有研究 成果针对宽带无线多用户系统提出一种实用的自适应MIM0传输方案，该方案根据用户的 信道条件和所需速率，在开环MIM0和闭环MIM0模式间实现了切换。但是，有关大规模MIM0 系统中波束赋形模式选择方案此前从未被研究过，还属于该领域未被解决的问题之一。
【发明内容】
[0004] (-）解决的技术问题
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式 的选择方法，可W实现根据用户位置对波束赋形模式的自适应选择，W最大化系统吞吐量。 [000引（二）技术方案
[0007] 为实现W上目的，本发明通过W下技术方案予W实现：
[000引一种大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式的选择方法，其特征在于，该方法包 括：
[0009] 选取信道模型并获取基站天线阵列参数，包括天线数目W及天线阵子的排列形 式；
[0010] 结合所述基站天线阵列参数和所述信道模型将两用户单波束赋形模式和双波束 赋形模式下的系统平均吞吐量分别表示为两用户方位角的函数；
[0011] 计算两用户在所述单波束赋形模式和双波束赋形模式下的系统平均吞吐量相等 时的方位角之差，记为方位角阔值；
[0012] 方位角之差大于所述方位角阔值的两用户采用双波束赋形模式，方位角之差小于 所述方位角阔值的两用户采用单波束赋形模式。
[0013] 优选地，所述信道模型中包含信道角度功率谱和信道分布信息。
[0014] 优选地，所述方位角之差大于所述方位角阔值的两用户采用双波束赋形模式，方 位角之差小于所述方位角阔值的两用户采用单波束赋形模式包括：
[0015] 根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角；
[0016] 对用户进行分组，使得属于不同组的任意两个用户的方位角差值大于所述方位角 阔值；
[0017] 在下行发射信号时，通过数据流多层映射的方式给每个组单独分配一个波束。
[0018] 优选地，所述根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角通过MUSIC算法 实现。
[0019] 优选地，所述根据基站天线阵的接收信号估计每个用户的方位角通过ESPRIT算 法实现。
[0020] 优选地，所述对用户进行分组包括：
[0021] 从任一用户开始沿一个方向依次对每两个方位角相邻的用户进行分组判断，包 括：
[0022] 若两用户均已被分组，则停止分组判断并将此时的分组情况作为分组结果；
[0023] 若两用户的方位角之差大于等于所述方位角阔值，则新建一个组作为当前组，并 将两用户中次序靠后的用户分入该组；
[0024] 若两用户的方位角之差小于所述方位角阔值，则在存在当前组的情况下将两用户 中次序靠后的用户分入当前组。
[00巧]优选地，在所述在下行发射信号时，通过数据流多层映射的方式给每个组单独分 配一个波束步骤之后进一步包括组内用户通过时分复用技术进行信号传输。
[0026] 优选地，其特征在于，所述方位角阔值可W在预先根据常见的基站天线阵列和信 道模型制成方位角阔值表格的情况下，根据具体应用场景从所述方位角阔值表格中查表获 取。
[0027] (S)有益效果
[0028] 本发明至少具有如下的有益效果：
[0029] 本发明通过方位角阔值的设置区分了单波束赋形模式和双波束赋形模式(或称为 多波束赋形模式）的适用情形，而方位角阔值是根据一定的基站天线阵列模型和信道模型 按两种波束赋形模式下系统平均吞吐量相等的方程计算出来的。不难看出，与单波束赋形 模式相比，双波束赋形模式利用空分复用技术可W增大系统平均吞吐量，但是如果使用两 个波束的用户的方位角之差过小的情况下，波束间会产生严重的干扰反而不利于增大系统 平均吞吐量。所W视该一"方位角之差-系统平均吞吐量"的变化规律是单调或近似单调 的情况下，在某个方位角差值内单波束赋形模式较优，而差值外双波束赋形模式较优，而该 个方位角差值就在两波束赋形模式的系统平均吞吐量相等的地方取得，也就是前面所说的 方位角阔值。
[0030] 也就是说，只要得到了具体应用场景下的方位角阔值，就可W判断两个用户是使 用哪种波束赋形模式系统平均吞吐量较高，从而可w自动地完成每个用户对于波束赋形模 式的选取，也就是实现了根据用户位置对波束赋形模式的自适应选择，W最大化系统吞吐 量。
[0031] 当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到W上所述的所有优 点。
【附图说明】
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根 据该些附图获得其他的附图。
[0033] 图1是本发明一个实施例中大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式的选择方法 的流程图；
[0034] 图2是本发明一个实施例中两种波束赋形模式下随着两用户方位角差的变化系 统吞吐量的仿真结果；
[0035] 图3是本发明一个实施例中双波束赋形模式下的系统示意图；
[0036] 图4是本发明一个实施例中单波束赋形模式下的系统示意图；
[0037] 图5是本发明一个实施例中大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式的选择方法 的一种应用方式流程图。
【具体实施方式】
[0038] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039] 本发明实施例提出了一种大规模MIM0系统下自适应波束赋形模式的选择方法， 参见图1，该方法包括：
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