基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法技术

一种基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，属于无线通讯技术领域。本方法步骤：1)对码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本；2)分别引入m个可变相位参数α和β来构造基于参数化的分块码本；3)根据信道矩阵H和码字w的最大平均相关性筛选出最优的可变相位参数αi和βi；4)生成αi和βi的参数表；5)根据不同的用户分布情况，决定采用参数表中对应的一组或多组码字分辨率(αi,βi)所构成的一个或者多个分块码本；6)对于码字分辨率(αi,βi)所构成的分块码本进行动态修正。本发明专利技术适用于用户均匀分布和非均匀分布下的大规模MIMO有限反馈预编码系统中，相较于传统DFT码本和LTE‑A码本有一定性能提升，且随着天线数增多这种优势更加明显。

Generating method of parameterized block DFT codebook based on user distribution

A method for generating parameterized block DFT codebook based on user distribution belongs to the field of wireless communication technology. The method of this method is: 1) the M block codebook is obtained by inhomogeneous partitioning of codebook WL; 2) introducing m variable phase parameter alpha and beta to construct the parameterized block codebook respectively; 3) select the optimal variable phase parameters, alpha I and beta I; 4) to generate the parameter table of alpha I and beta I, 5). According to the different user distribution, it is decided to adopt one or more block codebooks corresponding to the corresponding group or multi block character resolution (alpha I, beta I) in the parameter table; 6) the block codebook composed of the code word resolution (alpha I, beta I) is dynamically modified. The invention is suitable for a large scale MIMO finite feedback precoding system under uniform distribution and inhomogeneous distribution of users, which has a certain performance improvement compared to the traditional DFT codebook and the LTE A codebook, and is more obvious with the increase of the number of antennas.

【技术实现步骤摘要】
基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法
本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法。
技术介绍
随着智能化的普及，数十亿的智能设备需要实现无线连接，给当前无线网络容量带来了前所未有的挑战。现有研究表明，多用户多输入多输出系统(Multi-usermultiple-inputmultiple-output，MU-MIMO)通过空间分集，并根据不同用户设备(UE)的信道状况在同一资源块(Resourceblock，RB)上调度多个用户，在提高系统容量和频谱利用率(Spectrumefficiency，SE)方面显示出了巨大的潜力。预编码技术作为MU-MIMO系统中的关键技术之一得到了学术界的广泛研究，它通过获取准确的下行信道状态信息(Channelstateinformation，CSI)消除用户间干扰(Multiuserinterference，MUI)和符号间干扰(Intersymbolinterference，ISI)，保证了系统性能。在时分双工(TDD)系统中，可以直接利用信道互易性获取CSI。但在频分双工(FDD)系统中，由于上下行信道工作在不同频段，CSI只能通过反馈链路得到。考虑到实际反馈链路中带宽受限，对于容量高、开销小的基于码本的预编码研究变得尤为重要。当基站端天线阵元数受限时，对应的信道系数相关。对于均匀线性阵列(Uniformlineararrays,ULA),DFT码本是已知的近似匹配最优波束成形的码本。现有技术中存在一些基于传统DFT构造的码本方法，如LTE-AdvancedRelease10则采用DFT矩阵来构造在空间相关信道中有效匹配32个均匀波束的码本，该技术为对空间进行均等划分，其码字分辨率为适合于用户均匀分布，但码字分辨率过于单一，不够灵活，均匀划分空间使得用户密集区域与稀疏区域采用同一码字分辨率，导致系统性能受限。专利“大规模MIMO中基于双码本的预编码方法”(专利申请号：201610742843.8，公开号：CN106100712A)公开了一种基于双码本的预编码方法，该方法步骤为：(1)生成第一码本，选择第一码本最优码字；(2)将第一码本最优码字的列向量进行扩展得到第二码本，选择第二码本最优码字；(3)比较两个码本奇异值大小；(4)从第一码本中选择预编码矩阵和索引信息P；(5)从第二码本中选择预编码矩阵和索引信息P；(6)接收端将最优预编码矩阵索引信息P反馈回发射端。该方法通过第一次生成码本进行码字选择后再扩展成第二码本再次进行码字选择，最终进行反馈，虽然降低了反馈索引信息的开销，但是复杂度较大，运算繁琐，且未考虑用户分布特性。专利“重用LTE码本的八天线码本设计方法”(专利申请号：201010293253.4，公开号：CN101958771A)提供了一种重用LTE码本的八天线设计方法，该方法包括：基于旋转DFT码本。生成秩为8的八天线LTE-A码本。该专利技术保持了LTE-A的后向兼容性，但是只讨论了扩展至八天线，并不能直接用于大规模数量的天线阵列中。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提出一种基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，能够适用于非均匀分布下的大规模MIMO有限反馈系统。方法包括以下步骤：1)对反馈比特数为L的码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本；2)分别引入m个可变相位参数α和β，记作α0,α1,...,ai,...,αm-1和β0,β1,...,βi,...,βm-1，来构造基于参数化的分块码本；其中α表示参考波束的相位，β表示相邻波束与第一个波束的相位间距；3)定义信道矩阵H和码字w的平均相关性，并根据最大平均相关性筛选出最优的可变相位参数αi和βi；4)根据不同天线数、不同反馈比特数和不同用户方位角来生成筛选后的αi和βi的参数表；5)根据不同的用户分布情况，决定采用参数表中对应的一组或多组码字分辨率(αi,βi)所构成的一个或者多个分块码本。进一步的，所述对反馈比特数为L的码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本的具体方法为：将反馈比特数为L的码本WL不均匀的分为反馈比特数分别为l0,l1,...,lm-1的m个分块码本，则：上述m个分块码本中的相邻码字间隔分别为r0,r1,...,rm-1，且r0≠r1≠...≠rm-1，则表示为：…进一步的，基于参数化的分块码本构造方法如下：码本中码字如下：n0＝0,1,...,N0-1，码本中码字如下：n1＝0,1,...,N1-1…码本中码字如下:nm-1＝0,1,...,Nm-1-1则各分块码本生成为：…其中，M表示基站端采用的天线数；N表示码本中的码字数；Nm-1表示第m个分块码本中的码字数。进一步的，所述定义信道矩阵H和码字w的平均相关性为：其中：表示单功率的归一化信道，||·||符号表示的含义是取模运算。进一步的，根据最大平均相关性筛选出最优的可变参数αi和βi具体方法为：α'i,β'i代表可选的所有α和β参数相位值，w(α'i,β'i)表示待筛选的码字，E[·]表示求均值。进一步的，所述根据不同的用户分布情况，决定采用参数表中对应的一组或多组码字分辨率(αi,βi)所构成的分块码本包括：当用户均匀分布时，小区采用同一组码字分辨率(αi,βi)构成的单个分块码本；当用户非均匀分布时，小区采用多组不同码字分辨率(αi,βi)构成的多个分块码本。进一步的，当用户均匀分布时，小区采用同一码字分辨率(αi,βi)构成的单个分块码本的具体方法为：根据整个小区用户密度确定选用码本的码字数量，从而确定反馈比特数，再根据天线数、用户方位角的具体取值，在参数表中查找一组(αi,βi)构成的一个分块码本。进一步的，所述当用户非均匀分布时，采用多个不同码字分辨率(αi,βi)构成的分块码本的具体方法为：首先根据用户密集程度对小区划分区域，根据小区内不同区域的不同用户密度确定各区域选用码本的码字数，从而确定反馈比特数，再根据天线数、用户方位角的具体取值，在参数表中查找对应的多组(αi,βi)构成的多个分块码本。进一步的，还包括步骤6)对于码字分辨率(αi,βi)所构成的分块码本进行动态修正。进一步的，所述对于码字分辨率(αi,βi)所构成的分块码本均进行动态修正的方法为：用户密度大的区域采用码字数量较大，反馈数较大的分块码本；用户密度小的区域采用码字数量较小，反馈数较小的分块码本；用户密度发生变化时，通过更新(αi,βi)来更新区域所采用的分块码本。本专利技术的有益技术效果为：本专利技术的方法通过调整选择最优解的参数生成具有灵活可变分辨率的码本，使之与用户非均匀分布下的多维信道矩阵的平均相关性最大，在不同用户方位角，不同反馈比特数，不同天线数目时性能较传统的DFT方式构造的码本有所提升，且这种优势在随着基站天线数量级增长较为明显，同时适用于用户均匀分布和非均匀分布下的大规模MIMO有限反馈预编码系统中。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图；图2为基于分块码本的有限反馈预编码系统模型；图3为用户均匀分布状态下的密度示意图；图4为用户非均匀分布状态下的密度示意图；图5为基于传统DFT构造码本均匀划分空间的示意图；图6为基于参数化的分块码本不均匀划分空间的示意图；图7为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对反馈比特数为L的码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本；2)分别引入m个可变相位参数α和β，记作α0,α1,...,ai,...,αm‑1和β0,β1,...,βi,...,βm‑1，来构造基于参数化的分块码本；其中α表示参考波束的相位，β表示相邻波束与第一个波束的相位间距；3)定义信道矩阵H和码字w的平均相关性，并根据最大平均相关性筛选出最优的可变相位参数αi和βi；4)根据不同天线数、不同反馈比特数和不同用户方位角来生成筛选后的αi和βi的参数表；5)根据不同的用户分布情况，决定采用参数表中对应的一组或多组码字分辨率(αi,βi)所构成的一个或者多个分块码本。

【技术特征摘要】
1.一种基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对反馈比特数为L的码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本；2)分别引入m个可变相位参数α和β，记作α0,α1,...,ai,...,αm-1和β0,β1,...,βi,...,βm-1，来构造基于参数化的分块码本；其中α表示参考波束的相位，β表示相邻波束与第一个波束的相位间距；3)定义信道矩阵H和码字w的平均相关性，并根据最大平均相关性筛选出最优的可变相位参数αi和βi；4)根据不同天线数、不同反馈比特数和不同用户方位角来生成筛选后的αi和βi的参数表；5)根据不同的用户分布情况，决定采用参数表中对应的一组或多组码字分辨率(αi,βi)所构成的一个或者多个分块码本。2.根据权利要求1所述的基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于：所述对反馈比特数为L的码本WL进行不均匀分块得到m个分块码本的具体方法为：将反馈比特数为L的码本WL不均匀的分为反馈比特数分别为l0,l1,...,lm-1的m个分块码本，则：上述m个分块码本中的相邻码字间隔分别为r0,r1,...,rm-1，且r0≠r1≠...≠rm-1，则表示为：3.根据权利要求2所述的基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于，基于参数化的分块码本构造方法如下：码本中码字如下：码本中码字如下：…码本中码字如下:则各分块码本生成为：其中，M表示基站端采用的天线数；N表示码本中的码字数；Nm-1表示第m个分块码本中的码字数。4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于，所述定义信道矩阵H和码字w的平均相关性为：其中：表示单功率的归一化信道，||·||符号表示的含义是取模运算。5.根据权利要求4所述的基于用户分布的参数化分块DFT码本的生成方法，其特征在于，所述根据最大平均相关性筛选出最优的可变参数αi和βi的具体方...

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