12、大规模MIMO网络中基于贪婪算法的3D波束赋形最优下倾角及动态用户调度策略

大规模MIMO网络中基于贪婪算法的3D波束赋形最优下倾角及动态用户调度策略

1. 引言

在5G领域，大规模多输入多输出（Massive MIMO）技术凭借其显著优势，被视为关键技术。理论分析和实验结果证明了随机信道向量的正交性，可用于增强物理安全性和减弱小区间干扰。然而，在众多波束赋形算法研究中，多数仅考虑基站天线阵列在水平面辐射固定下倾波束。虽然3D波束赋形技术可在仰角和方位角维度控制主波束，但大多应用于常规MIMO网络，而非大规模MIMO网络。此外，小区间干扰是限制活跃用户可实现吞吐量的主要因素，尤其是处于小区边缘的用户。

为优化吞吐量，本文提出了一种基于贪婪算法的自适应波束切换合作策略。同时，考虑到无线系统的随机特性，在实际场景中，用户调度方法对于保证和提高系统性能至关重要。

2. 系统模型

2.1 蜂窝网络结构

蜂窝网络中有B个相邻小区，每个小区有一个基站（BS）。基站天线数量为Nt，高度为hbs，主要关注下行链路传输，假设采用通用频率复用。用户高度为hu，均匀分布且仅配备一个天线。

2.2 3D信道模型中的天线辐射模式

基站天线阵列采用有源天线系统（AAS），天线增益公式为：
[
A_{dB_{i},k,b} = -\min\left{
\min\left[12\left(\frac{\phi_{k,b}-\psi_{k,b}}{\phi_{3dB}}\right)^2, SLL_{m}\right] +
\min\left[12\left(\frac{\theta_{k,b}-\beta_{b}}{h_{3dB}}\right)^2, S