一种基于码本轮转的有限反馈量化方法技术

本发明专利技术公开了无线通信技术领域的一种基于码本轮转的有限反馈量化方法，旨在解决现有技术中大规模MIMO系统中反馈比特数较大而造成的反馈开销过大的问题。所述方法包括如下步骤：获取用户端选取的上一时刻最佳码字；以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本；用户端选取当前时刻虚拟码本中的最佳码字，将其反馈给基站端。

A Finite Feedback Quantization Method Based on Codebook Rotation

【技术实现步骤摘要】
一种基于码本轮转的有限反馈量化方法
本专利技术涉及一种基于码本轮转的有限反馈量化方法，属于无线通信

技术介绍
在MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多发射天线和多接收天线)系统中，可以通过空间复用来传输更多数据。为了充分利用给定的MIMO信道，基站端必须生成适当的波束形成器。需要CSI(ChannelStateInformation，信道状态信息)来构建适当的波束形成器。CSI到基站端的反馈是MIMO系统的重要组成部分，因为它对预编码至关重要。然而，难以向基站端提供完美的CSI，并且用户端通常使用低速率反馈链路来将量化的CSI发送到基站端。因此，基站端和用户端应该同时具备量化所需信道状态信息的码本。这种系统被称为有限反馈MIMO系统。随着天线的数量增加，反馈信息量也随之增加。因此，在大规模MIMO系统下的反馈方案成为当前研究的热点问题。通过对码本方案的设计改善系统的性能在天线数增加时将反馈开销限制在一定范围内。JihoonSung和WonjinSung针对大规模MIMO系统中随天线数增加的反馈开销问题，提出了一种信道训练与波束赋形相结合的方案。该方案是基于LTE(LongTermEvolution，长期演进)系统中的码本组合与CSI的迭代反馈进行的，即对每个LTE中的小尺寸码本的PMI(PayloadMissingIndication，净荷丢失指示)进行反馈，基站端累计每次的PMI信息从而形成一个大尺度的波束矢量，从而降低系统的反馈开销。LiJingyu和SuXin基于克罗内克理论提出了一种新的双码本设计方法。该方法针对基站采用均匀矩形阵列的情况，码本由两种码本组成，分别是由反映长周期信道特性的码本和反映短期信道特性的码本。其中，反映短周期特性的码本与Release10中引入的基于DFT双码本中的短周期码本一致，而表示长周期信道特性的码本则有所不同，它是由反映水平方向长周期信道特性的码本与反映垂直方向长周期信道特性的码本，通过Kronecker乘积产生的。该方法在不增加系统复杂度与反馈开销的情况下，取得了较好的系统性能，为后续码本的设计提供了理论依据。综上所述，相比于传统的反馈技术而言，有限反馈技术可以在获得信道状态信息的同时大大减小占用的系统带宽，然而若要将有限反馈技术应用于多用户MassiveMIMO系统中仍有若干关键问题需要研究。由于系统带宽的限制，减小反馈开销成为要解决的首要问题。大规模MIMO通信系统的CSI信息量因天线数和用户数目的增加较大，而实际无线通信系统的反馈信道容量是有限的，因此，如何实现在有限的反馈信道容量下尽量减少反馈比特数，从而减少系统开销是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于码本轮转的有限反馈量化方法，包括如下步骤：获取用户端选取的上一时刻最佳码字；以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本；用户端选取当前时刻虚拟码本中的最佳码字，将其反馈给基站端。进一步地，获取用户端选取的上一时刻最佳码字，包括：提取用户端上一时刻进行有限反馈量化初始化时产生的方向向量，构成码本集合，所述方向向量作为码字；比较当前时刻信道向量与码本集合中方向向量之间的内积；获取内积最小的方向向量，将其对应的码字作为上一时刻最佳码字。进一步地，所述方向向量共有2B个，按照方向均匀产生，B为系统反馈比特数。进一步地，以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本，包括：获取上一时刻最佳码字左侧第d个码字对应的方向向量与右侧第(d－1)个码字对应的方向向量的内积，作为最大信道差值；比较所述当前时刻的下一时刻信道向量与所述当前时刻信道向量之间的内积；如果所述当前时刻的下一时刻信道向量与所述当前时刻信道向量之间的内积小于最大信道差值，将码本集合向前轮转2d个码字；选取轮转后的码本集合中前2d个码字，构成当前时刻虚拟码本。进一步地，还包括：如果所述当前时刻的下一时刻信道向量与所述当前时刻信道向量之间的内积不小于最大信道差值，将码本集合反馈给基站端。进一步地，虚拟码本中的码字按照顺时针方向排序编号，码本集合中未选取的码字按照顺时针方向接续编号，虚拟码本轮转到码本集合的起始位置。进一步地，码本集合中的码字均匀产生，且按照顺时针方向排序编号。进一步地，用户端选取当前时刻虚拟码本中的最佳码字，包括：比较所述当前时刻的下一时刻信道向量与虚拟码本中码字对应的方向向量之间的内积；获取内积最小的方向向量，将其对应的码字作为当前时刻虚拟码本中的最佳码字。进一步地，d的取值范围是[1，2B-1]，B为系统反馈比特数。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：通过减少量化码本中的码字数目来降低反馈比特数从而降低反馈开销，提升了系统性能，同时降低系统反馈过程计算复杂度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种码本轮转过程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于码本轮转的有限反馈量化方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的算法与传统算法信道容量对比示意图；图4是应用本专利技术实施例提供的算法的不同用户数目信道容量对比示意图；图5是应用本专利技术实施例提供的算法的不同反馈比特数时系统信道容量对比示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种不同执行算法用户数信道容量对比示意图；图7是本专利技术实施例提供的不同执行本专利技术算法用户数时计算复杂度对比示意图；图8是本专利技术实施例的不同轮转码字数时反馈比特对比示意图；图9是本专利技术实施例的不同轮转码字数时计算复杂度对比示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例一：考虑一个大规模MIMO系统中下行系统，系统为单基站模型，基站端天线数为M(在实际中此天线数量通常大于100)，小区中随机分布的用户数为K，则第i个用户(i＝1,2,...,K)接收到的信号yi，如公式(1)所示：式中，hi为第i个用户的信道向量，假定信道为块衰落并且块与块之间的衰落是独立的，信道服从瑞丽衰落且为平坦信道；gi、gj分别为第i个用户和第j个用户的预编码向量，且其中H为信道的共轭转置，||||F表示向量的范数；xi为对第i个用户的发送信息向量；ni为均值为0、方差为1的加性高斯白噪声。每个用户端将信道信息量转化成B个比特的量化码本反馈给基站端，所述B为系统反馈比特数；每个量化码本包含2B个单位方向向量，即：C＝v1,v2,v3,...,v2B，式中，C为码本集合，v1为码本集合中第一个方向向量，为码本集合中的第2B个方向向量；用户端在2B个向量中选取与信道向量最接近的方向向量vclost作为最佳码字，然后将最佳码字的码本标号反馈给基站端，基站端才能得到信道状态信息。反馈最佳码字通常反馈的为码字在码本中的码本标号，码本标号通常由内积表示，其中第i个用户的码本标号Ri，如公式(2)所示：式中，max表示最大值，min表示最小值，argmin(f(s))表示使得f(s)取得最大值所对应的变量点s，∠表示两个向量的夹角。然后，将码本标号Ri反馈给基站端，基站端选择相应标号的码字作为信道状态信息，基站端根据量化得到的信道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于码本轮转的有限反馈量化方法，其特征是，包括如下步骤：获取用户端选取的上一时刻最佳码字；以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本；用户端选取当前时刻虚拟码本中的最佳码字，将其反馈给基站端。

【技术特征摘要】
1.一种基于码本轮转的有限反馈量化方法，其特征是，包括如下步骤：获取用户端选取的上一时刻最佳码字；以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本；用户端选取当前时刻虚拟码本中的最佳码字，将其反馈给基站端。2.根据权利要求1所述的基于码本轮转的有限反馈量化方法，其特征是，获取用户端选取的上一时刻最佳码字，包括：提取用户端上一时刻进行有限反馈量化初始化时产生的方向向量，构成码本集合，所述方向向量作为码字；比较当前时刻信道向量与码本集合中方向向量之间的内积；获取内积最小的方向向量，将其对应的码字作为上一时刻最佳码字。3.根据权利要求2所述的基于码本轮转的有限反馈量化方法，其特征是，所述方向向量共有2B个，按照方向均匀产生，B为系统反馈比特数。4.根据权利要求2所述的基于码本轮转的有限反馈量化方法，其特征是，以上一时刻最佳码字为基准，选取其左侧和右侧各d个码字，组成当前时刻虚拟码本，包括：获取上一时刻最佳码字左侧第d个码字对应的方向向量与右侧第(d－1)个码字对应的方向向量的内积，作为最大信道差值；比较所述当前时刻的下一时刻信道向量与所述当前时刻信道向量之间的内积；如果所述当前时刻的下一时刻信道向量与...

【专利技术属性】
技术研发人员：史燕平，刘叶，卞宝银，王善祥，李文猛，韩东升，黄鑫，李朗，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，国网电力科学研究院有限公司，华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：江苏,32