用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统，所述方法包括：基站采用全向天线模式发送波束参考信号；每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，根据接收信号能量的极值点对应的码字确定本终端的模拟合并矩阵；基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，根据定向接收的信号能量极值点对应的码字，确定模拟预编码矩阵；基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。本发明专利技术的传输方案具有较高频谱效率且算法简单，适用于基站对多用户多流数据通信的场景。

【技术实现步骤摘要】
用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统
本专利技术涉及无线通信
，特别是指一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统。
技术介绍
随着移动终端的日益普及和移动互联网业务的迅猛发展，人们对5G移动通信系统的容量和传输速率有了更高的期望和要求。在当前形势下，频率低于10GHz的频谱已经非常拥挤，因此具有高带宽、定向窄波束、安全保密性好等特点的毫米波高频通信受到业界的广泛的关注。由于毫米波的波长较短，设备可以配备上百根天线单元构成大规模天线阵列(massiveMIMO)，进而极大地提高频谱效率，因此毫米波大规模天线通信成为极有潜力的5G热门候选技术。然而，在实际运用中高频射频单元的工艺较为复杂。同时大规模信号的模拟数字转换会带来大量的能量消耗(特别是对于高频器件)，后续数字信号处理的复杂度也会随着射频链路数的增加而迅速上升。为了能够将该技术运用于实际部署，简单的硬件实现结构以及低耗能低复杂度的传输方案设计成为毫米波大规模天线研究中的核心问题。传统的纯数字域波束成形需要为每根天线配备一条独立的射频链路。这样的好处是可以提供足够的自由度，从而大幅提高通信系统的性能。但随着天线数量的急剧上升，射频单元的能耗与处理的复杂度大大增加，其弊端也显而易见。传统的纯模拟域波束成形则恰恰相反，它将所有的天线单元分别经过移相器连接至同一条射频链路上。这样做的好处是结构简单易实现，同时也大大降低了设备的能耗。但是由于只存在一条射频链路，通信的自由度大大降低，导致系统性能大打折扣。考虑到上述问题，一种数字模拟混合的发射机/接收机结构成为学术界和工业界关注的焦点。大规模的射频天线单元通过全连接(自适应子阵结构，每条射频链路与所有天线单元相连)或部分连接(固定子阵结构，每条射频链路仅连接部分天线单元)的方式与少量射频链路相连，收发机内的整条信号通路可分为两个部分：模拟射频部分(大规模天线构成的模拟前端)以及数字基带处理部分(少量射频链路组成的数字后端)。模拟数字两者的结合保证系统只需要少量的数字模拟转换单元，从而数字域的转换能耗以及处理复杂度大大降低。同时，还可以通过模拟域的大规模天线阵进行有效的模拟波束成形来弥补信号传播过程中的路径损耗。因此，这种混合波束成形结构成为了得到业界一致认可的毫米波大规模天线通信系统解决方案。学术界目前对基于全连接的混合波束成形方式已有一些解决方案以及性能分析，但在多用户多数据流的场景下之前的许多算法并不适用，需要寻求新的解决方案。例如，基于等效基带信道能量最大化的思想提出的，适用于单用户单数据流传输的方案中，只取等效基带信道能量最大时对应的码字作为合并/预编码向量；而该方案运用到多用户且一个用户多数据流的场景中，频谱效率不高，也就是说该方案并不能适用于多用户且一个用户多数据流的场景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种用户终端、基站以及混合波束成形传输方法和系统，具有较高频谱效率且算法简单，适用于基站对多用户多流数据通信的场景。基于上述目的本专利技术提供一种混合波束成形传输方法，包括：基站采用全向天线模式发送波束参考信号；每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。其中，所述根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵，具体包括：所述用户终端对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。其中，所述根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵，具体包括：所述用户终端对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。其中，所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵，具体包括：所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；各用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行信号接收，并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息；所述基站根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。本专利技术还提供一种混合波束成形传输系统，包括：基站和多个用户终端；其中，所述基站用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；所述用户终端用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；所述基站还用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端之间的信息传输。本专利技术还提供一种基站，包括：波束训练模块，用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；基带矩阵确定模块，用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵；并将确定的数字合并矩阵反馈给对应的用户终端信息传输模块，用于根据确定的模拟、数字预编码矩阵与各用户终端之间进行信息传输。本专利技术还提供一种用户终端，包括：波束训练模块，用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字接收基站发送的全向天线模式的波束参考信号，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵定向接收所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字所发送的波束参考信号，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵并向所述基站反馈；等效基带信道信息反馈模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵接收所述基站根据各用户终端的模拟预编码矩阵发送的导频信号；并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息向所述基站反馈；信息传输模块，用于根据本终端的模拟合并矩阵，以及所述基站反馈的本终端的数字合并矩阵，与所述基站进行信息传输。本专利技术的技术方案中，在第一波束训练阶段基站采用全向天线模式发送波束参考信号，而用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；而每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵。事实证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合波束成形传输方法，其特征在于，包括：基站采用全向天线模式发送波束参考信号；每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。

【技术特征摘要】
1.一种混合波束成形传输方法，其特征在于，包括：基站采用全向天线模式发送波束参考信号；每个用户终端遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；所述基站遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；每个用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端的信息传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵，具体包括：所述用户终端对接收信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成本终端的模拟合并矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵，具体包括：所述用户终端对定向接收的信号能量的极值点进行降序排序；选取排序前MMS个极值点对应的码字，组成适用于本终端的模拟预编码矩阵；其中，MMS为所述用户终端的射频链路条数。4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵，具体包括：所述基站根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，向各用户终端发送导频信号；各用户终端根据本终端的模拟合并矩阵进行信号接收，并根据接收到的导频信号进行信道估计，得到对应的等效基带信道信息；所述基站根据各用户终端反馈的等效基带信道信息，确定所述数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵。5.一种混合波束成形传输系统，其特征在于，包括：基站和多个用户终端；其中，所述基站用于在第一波束训练阶段采用全向天线模式发送波束参考信号；在第二波束训练阶段遍历模拟预编码码本集合的所有码字发送波束参考信号；所述用户终端用于在第一波束训练阶段遍历模拟合并码本集合的所有码字进行信号接收，并根据接收信号能量的极值点对应的码字，确定本终端的模拟合并矩阵；在第二波束训练阶段根据本终端的模拟合并矩阵进行定向接收，并根据定向接收的信号能量的极值点对应的码字，确定适用于本终端的模拟预编码矩阵；所述基站还用于根据各用户终端反馈的模拟预编码矩阵，确定数字预编码矩阵和各用户终端的数字合并矩阵后，实现与各用户终端之间的信息传输。6.根据权利要求5所述的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹谱，武霄泳，刘岩松，张志龙，尹长川，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11