3D MIMO信道下一种有限反馈开销降低方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体公开了3D MIMO信道下一种将多用户有限反馈开销降低方法。在多用户3D MIMO‑OFDM有限反馈系统中，针对每一用户，基于子载波间的频率响应相关性，分别对3D MIMO‑OFDM垂直维度与水平维度各子载波进行分簇处理，利用垂直维度与水平维度前一子载波簇的最优码字构造当前子载波簇的新码本，新码本中的码字索引按照与前一子载波簇最优码字的相关性降序编制，对垂直维度与水平维度最优码字索引采用可变长编码并添加辅助比特位，使系统反馈开销得到很大程度地降低。该方法不但可大幅度降低多用户有限反馈系统中被调度用户的反馈开销，而且实现复杂度低。

【技术实现步骤摘要】
3DMIMO信道下一种有限反馈开销降低方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及3DMIMO信道下一种将邻域与分簇相结合的、基于码本的多用户有限反馈开销降低方法。
技术介绍
在LTE-Advanced系统中，基站端对发送信号进行预编码可给系统带来诸多有利之处，比如系统容量的提升，系统误码率的降低等。正是由于这些优点，预编码技术作为多用户MIMO-OFDM系统的关键技术被广泛研究。其中，基于码本的多用户有限反馈预编码技术，由于其能够有效地降低系统开销，而逐渐成为预编码技术研究的主要方向。但是，现有预编码技术基于2维（2Dimension，2D）MIMO模型，因此，仅能通过水平预编码矩阵来实现波束在水平维度跟踪目标用户。在实际的无线环境中，不但存在电磁波的水平传播，而且存在电磁波的垂直传播，因此，现有的2DMIMO信道模型并不完善。为此，学术界包括工业界大量开展了基于三维（3Dimension，3D）的MIMO信道建模工作。3DMIMO信道模型要求同时考虑空间电磁波的水平和垂直传播，即要求同时考虑方位角和俯仰角，因此，信道模型更加准确。考虑到3DMIMO的潜在优势，为此，高通、阿朗、DOCOMO、诺西及沃达丰等公司成立了ARTIST4G工作组，专门研究4G系统的先进无线接口技术(AdvancedRadioInterfaceTechnologiesfor4GSystems，ARTIST4G)，其中3DMIMO预编码技术由于增加垂直维度信息后，使得波束指向性更加明确，波束的能量更加易于集中于目标用户，从而可以有效地减小用户（特别是小区边缘用户）间干扰，提高用户吞吐量和数据传输速率，因此，3DMIMO预编码技术作为未来移动通信增强性关键技术，引起了业界的高度重视。与现有有限反馈系统类似，基站端与用户端分别存储预先设计好的码本。不同之处在于，3DMIMO有限反馈系统中，基站端和用户端要分别存储一垂直维码本和一水平维码本。用户端综合利用垂直维度与水平维度信道信息，根据选择准则，分别从预存码本中选出最优的垂直维度与水平维度预编码矩阵，并将对应索引号反馈回基站端，基站端根据索引号选择对应的预编码矩阵并进行扩展，从而形成最终3D预编码矩阵，最后利用该矩阵对发送数据进行预编码处理。在多用户系统中，由于用户数和每用户子载波数目都比较大，而基站端为了得到各用户每个子载波的最优预编码矩阵，必须针对各用户每个子载波采取类似的预编码反馈处理机制，因此，系统反馈开销十分巨大，而实际系统反馈链路带宽又十分有限，特别是3DMIMO信道下，由于垂直维自由度的开发，给本来就紧张的反馈链路更是雪上加霜，因此，提出适宜于3DMIMO信道的有限反馈开销降低技术将是3DMIMO技术能否有效商业化的关键之一，目前多用户有限反馈开销降低方法的研究主要集中在2D领域。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术3DMIMO信道下基站端为了得到各用户每个子载波的最优预编码矩阵，必须针对各用户每个子载波采取类似的预编码反馈处理机制，系统反馈开销十分巨大，反馈链路紧张的问题，本专利技术提出3DMIMO信道下一种将邻域与分簇相结合的、基于码本的多用户有限反馈开销降低方法。在多用户3DMIMO-OFDM有限反馈系统中，基站端依据多用户调度算法同时调度K个用户，每个被调度用户分别对垂直维度与水平维度子载波进行分簇处理，进而利用前一子载波簇的最优码字构造当前子载波簇的码本空间，新码本中的码字索引按照与前一子载波簇的最优码字的相关性进行降序排列，分别得到每一用户垂直维度与水平维度所有子载波簇在新码本下的最优码字索引集合，进而对其进行可变长编码并添加辅助比特位，从而降低系统反馈开销。该方法包括以下步骤：3DMIMO信道下一种有限反馈开销降低方法，在多用户3DMIMO-OFDM有限反馈系统中，基站端同时调度一个多用户组中的全部K个用户，每个被调度用户分别对垂直维度与水平维度子载波进行分簇处理，利用前一子载波簇的最优码字构造当前子载波簇的码本空间，当前子载波簇的码本中的码字索引按照与前一子载波簇的最优码字的相关性进行降序排列，从中分别选择当前垂直维度和水平维度子载波簇的最优码字，完成垂直维度与水平维度所有子载波簇的最优码字选择后，分别得到每一用户垂直维度与水平维度子载波簇的最优码字索引集合；对集合中的索引号进行可变长编码，同时分别对垂直维索引与水平维索引添加辅助比特位，得到新的索引集合；基站端对接收到的用户的最优码字索引集合，按位逐级译码，得到与该用户垂直维度与水平维度所有子载波簇相对应的码字索引，得到与之对应的最优预编码矩阵，用该最优预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，以提高系统性能。对垂直维度与水平维度子载波进行分簇处理具体包括：在含有L个码字的初始码本中选择与垂直维度和水平维度第一个子载波簇相对应的最优码字和根据垂直维度最优码字的码本C={w1,w2,L,wL}构造垂直维度新码本C′={w1,w2,L,wL′}，根据水平维度最优码字的码本构造水平维度新码本其中，C′、Ch′分别由的L′个相邻码字组成，并根据与的距离降序排列编制索引，最终形成与垂直维度和水平维度所有子载波簇相对应的新码本。选择最优码字和具体包括：取每根接收天线对应的信道矩阵的第j列，构成垂直维信道矩阵Hv，即取每根接收天线对应的信道矩阵的第i行，构成水平维信道矩阵Hh，即将垂直维度与水平维度子载波分簇，以分簇内所有子载波的信道均值作为该簇预编码矩阵选择信道，即：根据最小奇异值最大化准则选择最优码字所述多用户组的组成具体为，各用户端遍历码本中的每个矩阵，分别计算以每个向量作为其用户的预编码向量时对应的信噪比，各用户将信噪比值最大时所对应的最优预编码向量索引反馈到基站端，基站端获得所辖小区内所有用户端上报的最优预编码向量和信道质量信息CQI，从多用户中选择最大CQI的用户作为第一调度用户，依据信噪比降序原则，从除第一调度用户外的其他用户中，选择所采用最优预编码矢量不但互不相同而且与第一调度用户所采用的最优预编码矢量不同的其它K-1个终端用户与之配对，从而组成一个多用户组。本专利技术针对多用户3DMIMO-OFDM系统，提出了一种有限反馈开销降低方法。该方法综合利用垂直维度与水平维度信道信息，在原有水平维预编码的基础上，增加垂直维预编码，有效提高了系统性能。同时，通过利用垂直维度和水平维度各子载波间频率相关性，引入子载波分簇、新码本构造、可变长编码及添加辅助比特位处理，提高了反馈链路的有效性，从而大幅度降低反馈开销。附图说明图1为基于码本的3DMIMO多用户有限反馈部分系统框图；图2为本专利技术实施流程图；图3为初始码本下定长编码反馈实例图；图4为本专利技术可变长编码反馈实例图；图5为本专利技术室内NLOS环境下垂直维度平均每次反馈量对比图；图6为本专利技术室内NLOS环境下水平维度平均每次反馈量对比图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明。在多用户3DMIMO-OFDM有限反馈系统中，基站依据多用户调度算法同时调度K个用户。针对每一用户，基于子载波间的频率响应相关性，分别对3DMIMO-OFDM垂直维度与水平维度各子载波进行分簇处理，进而分别利用垂直维度与水平维度前一子载波簇的最优码字构造当前垂直维度与水平维度子本文档来自技高网...

【技术保护点】
3D MIMO信道下一种有限反馈开销降低方法，其特征在于，包括步骤：在多用户3D MIMO‑OFDM有限反馈系统中，基站端同时调度一个多用户组中的全部K个用户，每个被调度用户分别对垂直维度与水平维度子载波进行分簇处理，利用前一子载波簇的最优码字构造当前子载波簇的码本空间，当前子载波簇码本中的码字索引按照与前一子载波簇的最优码字的相关性进行降序排列，从中分别选择当前垂直维度和水平维度子载波簇的最优码字，完成垂直维度与水平维度所有子载波簇的最优码字选择后，分别得到每一用户垂直维度与水平维度子载波簇的最优码字索引集合；对集合中的索引号进行可变长编码，同时分别对垂直维度索引与水平维度索引添加辅助比特位，得到新的索引集合；基站端对接收到的用户的最优码字索引集合，按位逐级译码，得到与该用户垂直维度与水平维度所有子载波簇相对应的码字索引，及其最优预编码矩阵，用该最优预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，其中，所述分别选择当前垂直维度和水平维度子载波簇最优码字

【技术特征摘要】
1.3DMIMO信道下一种有限反馈开销降低方法，其特征在于，包括步骤：在多用户3DMIMO-OFDM有限反馈系统中，基站端同时调度一个多用户组中的全部K个用户，每个被调度用户分别对垂直维度与水平维度子载波进行分簇处理，利用前一子载波簇的最优码字构造当前子载波簇的码本空间，当前子载波簇码本中的码字索引按照与前一子载波簇的最优码字的相关性进行降序排列，从中分别选择当前垂直维度和水平维度子载波簇的最优码字，完成垂直维度与水平维度所有子载波簇的最优码字选择后，分别得到每一用户垂直维度与水平维度子载波簇的最优码字索引集合；对集合中的索引号进行可变长编码，同时分别对垂直维度索引与水平维度索引添加辅助比特位，得到新的索引集合；基站端对接收到的用户的最优码字索引集合，按位逐级译码，得到与该用户垂直维度与水平维度所有子载波簇相对应的码字索引，及其最优预编码矩阵，用该最优预编码矩阵对发射信号进行预编码处理，其中，所述分别选择当前垂直维度和水平维度子载波簇最优码字和具体包括，取每根接收天线对应的信道矩阵的第j列，构成垂直维信道矩阵Hv，即取每根接收天线对应的信道矩阵的第i行，构成水平维信道矩阵Hh，即将垂直维度与水平维度子载波分簇，以分簇内所有子载波的信道均值作为该簇预编码矩阵选择信道，即：对预编码矩阵选择信道根据最小奇异值最大化准则选择最优码字对垂直维度与水平维度子载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：景小荣，刘燕莉，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50