基于分组的毫米波通信多波束调度方法技术

本发明专利技术提出了一种基于分组的毫米波通信多波束调度方法，用于解决现有技术存在的系统频谱效率较低和硬件资源利用不充分的技术问题。其实现步骤为：发送端生成波束，得到波束集合；发送端对波束集合进行分组，得到波束组集合；发送端利用波束集合中的各波束将训练信号发送至用户；用户利用接收到的训练信号，计算波束集合中的每个波束的信干噪比，并将最大的信干噪比和最大的信干噪比对应的最优波束序号反馈至发送端；发送端对波束组集合中的各波束进行波束调度。本发明专利技术可以有效地提升系统频谱效率，充分地利用了系统硬件资源，可用于多用户数据传输。

Packet based multi beam scheduling method for millimeter wave communication

The invention provides a millimeter wave communication multi beam scheduling method based on a packet, which is used to solve the technical problems of low spectrum efficiency and insufficient utilization of hardware resources in the prior art. The method comprises the following steps: sending end generation beam, beam set; sending end to group beam set, beam set; the sending end of the beam with the beam set the training signal sent to the user; the training signal received by the user, calculated for each beam in the set of SINR, and the maximum SINR and maximum SINR number corresponding to the optimal beam back to the transmitter; transmitter beam scheduling of groups in the collection of the beam beam. The invention can effectively raise the spectral efficiency of the system, make full use of the hardware resources of the system and can be used for multi-user data transmission.

【技术实现步骤摘要】
基于分组的毫米波通信多波束调度方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种毫米波通信多波束调度方法，具体涉及一种基于分组的毫米波通信多波束调度方法，可用于多用户数据传输。
技术介绍
毫米波(MillimeterWave)是指频段在30GHz到300GHz范围之间的电磁波，具有波长短、频带宽和方向性好等优势，毫米波通信是指一种利用毫米波频段进行数据传输的无线通信方式。毫米波通信可以和大规模多输入多输出技术相结合以实现波束成形，利用阵列天线在不同的空间位置产生高增益的多个波束，毫米波通信波束间低干扰特性意味着网络具有很大的空间复用潜力，能够有效提升系统频谱效率。在用户数及波束个数通常大于射频链路个数的毫米波通信系统中，发送端需要高效的波束调度策略来进行数据传输，即在生成的波束中选择可以实现最优系统频谱效率性能的波束，并将其分配给对应的用户。目前，毫米波通信系统在进行多波束调度过程中，主要是利用每个用户反馈的最优波束的信干噪比及其对应的波束序号进行波束和用户的选择，以降低用户反馈开销。例如，2016年5月作者GirimKwon和HyuncheolPark在IEEEInternationalConferenceonCommunications上发表的论文“AJointSchedulingandMillimeterWaveHybridBeamformingSystemwithPartialSideInformation”中，公开了一种毫米波通信中的联合多波束调度方法。通过将空间上相距等间隔的波束划分为一个子集的方式，保证了波束之间被调度的公平性，发送端依据每个用户反馈的最优波束的信干噪比及其对应的波束子集序号和波束序号，选择使频谱效率最优的波束子集中波束及其对应的用户。该方法虽然可以降低波束间干扰，在用户总数很大的时候，调度的波束个数及用户个数会趋近于射频链路个数，实现了多用户分集增益，但仍存在以下不足：(1)在固定的波束子集之间进行选择，限制了波束组合的多样性，降低了系统频谱效率；(2)用户总数较少时，调度的波束个数会明显小于射频链路个数，造成系统硬件资源利用不充分。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于分组的毫米波通信多波束调度方法，以提高毫米波通信系统频谱效率，充分利用系统硬件资源。实现本专利技术的技术思路是：发送端生成波束，得到波束集合，对波束集合中每个波束进行分组，然后将训练信号发送至用户，根据所有用户反馈的最大的信干噪比和最大的信干噪比对应的波束序号进行波束调度和用户选择。调度过程中依据一个波束只支持一个用户和一个用户只能选择一个波束的原则，当已选择的波束个数小于射频链路个数的时候，允许调度相同波束组中的波束；当调度的波束个数等于射频链路个数的时候，避免调度相同波束组中信干噪比低的波束，以降低波束之间的干扰，提高系统频谱效率。根据上述技术思路，实现本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)发送端生成N个波束，得到波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}，其中，f(N)表示第N个波束，N为波束总数；(2)发送端对波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}进行分组：发送端按照相邻的个波束分为一组的方法，依次对波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的每个波束进行分组，得到波束组集合其中，表示对式N/NRF的结果向下取整，NRF为射频链路个数，RF代表射频，表示第NRF个波束组；(3)假设毫米波通信系统的用户总数为U，发送端利用波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的各波束，将训练信号发送至U个用户；(4)U个用户中的每个用户利用接收到的训练信号，计算波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中每个波束的信干噪比，并将最大的信干噪比和最大的信干噪比对应的最优波束序号反馈至发送端；(5)发送端依据U个用户反馈的最大的信干噪比和最优波束序号，对波束组集合中的各波束进行调度：(5a)发送端设置用户序号k、已选用户集合和已选波束集合并对其进行初始化，令k＝1，其中，表示空集；(5b)发送端判断已选波束集合中的波束个数是否小于发送端射频链路个数NRF，若是，执行步骤(5c)；否则，执行步骤(5f)；(5c)发送端判断已选波束集合中是否存在第k个用户的最优波束序号nk对应的波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的波束f(nk)，若是，执行步骤(5d)；否则，执行步骤(5e)，其中，1≤nk≤N；(5d)发送端在已选用户集合中找出用户的最优波束序号与nk相等的第k′个用户，并判断第k个用户的信干噪比是否大于第k′个用户的信干噪比，若是，在已选用户集合中，加入第k个用户，同时删除第k′个用户，并执行步骤(5j)；否则，执行步骤(5j)；(5e)发送端将第k个用户加入到已选用户集合中，同时将波束f(nk)加入到已选波束集合中，并执行步骤(5j)；(5f)发送端判断已选波束集合中是否存在波束f(nk)，若是，执行步骤(5d)，否则，执行步骤(5g)；(5g)发送端判断波束f(nk)是否与已选波束集合中的任意一个波束在相同波束组中，若是，执行步骤(5h)；否则，执行步骤(5i)；(5h)发送端在已选用户集合中找出用户的最优波束序号对应的波束与波束f(nk)在相同波束组中的第个用户，并判断第k个用户的信干噪比是否大于第个用户的信干噪比，若是，在已选用户集合中，加入第k个用户，删除第个用户，同时在已选波束集合中，加入波束f(nk)，删除第个用户的最优波束序号对应的波束，并执行步骤(5j)；否则，执行步骤(5j)；(5i)发送端比较已选用户集合中各用户的信干噪比，找出信干噪比最小的第个用户，并判断第k个用户的信干噪比是否大于第个用户的信干噪比，若是，在已选用户集合中，加入第k个用户，删除第个用户，同时在已选波束集合中，加入波束f(nk)，删除第个用户的最优波束序号对应的波束；否则，执行步骤(5j)；(5j)发送端判断用户序号k是否小于用户总数U，若是，令k＝k+1，并执行步骤(5b)；否则，将已选用户集中的用户作为服务用户，并将已选波束集中的波束作为服务波束。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1.本专利技术由于在实现对波束组集合中的各波束进行调度的时候，首先对波束集合中每个波束进行分组，得到波束组集合，避免调度相同波束组中信干噪比较低的波束，从而使得最终选择的波束在空间位置上存在较大间隔，进一步降低了波束间干扰，与现有技术相比，在保证多波束调度方法执行效率的同时，有效地提高了系统频谱效率。2.本专利技术由于在已选波束集合中的波束个数小于射频链路个数的时候，允许调度相同波束组中的波束，放宽了选择波束和用户的限定条件，与现有技术相比，充分利用了系统硬件资源。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术与现有技术的系统频谱效率性能对比图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明，应当理解，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。参照图1，基于分组的毫米波通信多波束调度方法，包括如下步骤：步骤1，发送端生成N个波束，得到波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}，其中，f(N)表示第N个波束，N为波束总数；发送端生成N个波束的生成方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分组的毫米波通信多波束调度方法，包括如下步骤：(1)发送端生成N个波束，得到波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}，其中，f(N)表示第N个波束，N为波束总数；(2)发送端对波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}进行分组：发送端按照相邻的

【技术特征摘要】
1.一种基于分组的毫米波通信多波束调度方法，包括如下步骤：(1)发送端生成N个波束，得到波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}，其中，f(N)表示第N个波束，N为波束总数；(2)发送端对波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}进行分组：发送端按照相邻的个波束分为一组的方法，依次对波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的每个波束进行分组，得到波束组集合其中，表示对式N/NRF的结果向下取整，NRF为射频链路个数，RF代表射频，表示第NRF个波束组；(3)假设毫米波通信系统的用户总数为U，发送端利用波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的各波束，将训练信号发送至U个用户；(4)U个用户中的每个用户利用接收到的训练信号，计算波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中每个波束的信干噪比，并将最大的信干噪比和最大的信干噪比对应的最优波束序号反馈至发送端；(5)发送端依据U个用户反馈的最大的信干噪比和最优波束序号，对波束组集合中的各波束进行调度：(5a)发送端设置用户序号k、已选用户集合和已选波束集合并对其进行初始化，令k＝1，其中，表示空集；(5b)发送端判断已选波束集合中的波束个数是否小于发送端射频链路个数NRF，若是，执行步骤(5c)；否则，执行步骤(5f)；(5c)发送端判断已选波束集合中是否存在第k个用户的最优波束序号nk对应的波束集合{f(1),f(2),…,f(N)}中的波束f(nk)，若是，执行步骤(5d)；否则，执行步骤(5e)，其中，1≤nk≤N；(5d)发送端在已选用户集合中找出用户的最优波束序号与nk相等的第k′个用户，并判断第k个用户的信干噪比是否大于第k′个用户的信干噪比，若是，在已选用户集合中，加入第k个用户，同时删除第k′个用户，并执行步骤(5j)；否则，执行步骤(5j)；(5e)发送端将第k个用户加入到已选用户集合中，同时将波束f(nk)加入到已选波束集合中，并执行步骤(5j)；(5f)发送端判断已选波束集合中是否存在波束f(nk)，若是，执行步骤(5d)，否则，执行步骤(5g)；(5g)发送端判断波束f(nk)是否与已选波束集合中的任意一个波束在相同波束组中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓辉，杨冬华，李丹涛，袁江伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61