一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，应用于非均匀线性/平面分布的天线阵列，获取天线阵列中天线阵元的分布类型和分布参数；根据分布类型及其分布参数生成线阵拓扑导向矢量或面阵拓扑导向矢量；基于线阵拓扑导向矢量生成线阵拓扑非均匀码本，或，基于面阵拓扑导向矢量生成面阵拓扑非均匀码本；本发明专利技术通过获取非均匀线性/平面分布的天线阵列中天线阵元的分布类型和分布参数，并将分布类型和分布参数融合到导向矢量中，再根据导向矢量生成对应的码本，使得码本中包含了分布类型和分布参数信息，进而拓宽了码本设计时的适用场景，且可以有效提高系统的频谱效率。系统的频谱效率。系统的频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法。

技术介绍

[0002]波束赋形，又称为预编码技术，是一种基于天线阵列的信号处理技术。在多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统上/下行传输过程中，基站接收到/发送给期望用户的有效信号会受到其它用户信号的干扰，而预编码技术通过调节天线阵列端口加权系数的幅值和相位，可以相长干涉某些角度的信号、同时相消干涉另外一些角度上的信号，从而产生具有指向性的波束，能够使得信号向期望方向上辐射，同时在若干个干扰方向上形成零陷。通过波束赋形，无线传输中信号的衰落与失真得到补偿，接收信号中的干扰得到抑制，目标用户的期望信号变得有效，通信系统能够获得显著的阵列增益，同时也就提高了系统容量与通信质量。
[0003]基于码本的预编码技术是在系统的收发两端都共享一套相同的码本集合，码本集合包含多个预编码矩阵，接收端根据信道估计的信道矩阵以某一性能目标在码本集合中选择使系统性能最优的预编码矩阵，再将码本序号反馈给发送端，发送端根据序号选择预编码矩阵进行预编码。由于接收端不再需要反馈大量的信道信息，只需要反馈码本的序号等少量的信息，因而大大减少了反馈量，节约了带宽。
[0004]非均匀天线阵列排布设计是在均匀天线阵列排布的基础上进一步优化天线阵元位置的结果，即在保持阵元数目和阵列总尺寸不变情况下，通过改变天线的间距，形成非等间距、中心对称的天线阵。它利用阵列结构的变化来改变信道的相关矩阵，从而实现信道容量的提升。
[0005]离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)码本是由于每个预编码向量都与DFT结构相近而得名。DFT码本中每一个码字矢量对应着一个量化角度信息，同时相邻的量化角度又具有相同的角度间隔，并在整个圆周[0,2π]上均匀分布，DFT码本在强相关信道中具有较高的预编码性能。但是，基于DFT结构的码本，局限于根据均匀线性阵列构造基于DFT结构的码本，适用性差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，根据非均匀阵列的结构建立对应码本，进而提升码本的适用性。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，应用于非均匀线性/平面分布的天线阵列，包括以下步骤：
[0008]获取天线阵列中天线阵元的分布类型和分布参数；其中，分布类型包括线阵拓扑或面阵拓扑；
[0009]根据分布类型及其分布参数生成线阵拓扑导向矢量或面阵拓扑导向矢量；
[0010]基于线阵拓扑导向矢量生成线阵拓扑非均匀码本，或，基于面阵拓扑导向矢量生成面阵拓扑非均匀码本。
[0011]进一步地，线阵拓扑导向矢量包括接收端线阵拓扑导向矢量和发送端线阵拓扑导向矢量；
[0012]接收端线阵拓扑导向矢量为：
[0013][0014]其中，a
r
(N
r
,θ
p
)为接收端线阵拓扑导向矢量，N
r
为接收端的天线数，θ
p
为第p条路径上的俯仰角，j为虚数符号，k为波数，为线阵拓扑中第N
r
个天线在x轴上的位置系数，d为天线间距基数。
[0015]进一步地，发送端线阵拓扑导向矢量为：
[0016][0017]其中，a
t
(N
t
,φ
p
)为发送端线阵拓扑导向矢量，N
t
为发送端的天线数，φ
p
为第p条路径上的方位角。
[0018]进一步地，基于线阵拓扑导向矢量生成线阵拓扑非均匀码本包括：
[0019]当生成接收端的线阵拓扑非均匀码本时，将不同俯仰角对应的接收端线阵拓扑导向矢量作为矩阵中不同的列组成接收端线阵拓扑矩阵，再对接收端线阵拓扑矩阵进行改写，生成接收端的线阵拓扑非均匀码本；
[0020]当生成发送端的线阵拓扑非均匀码本时，将不同方位角对应的发送端线阵拓扑导向矢量作为矩阵中不同的列组成发送端线阵拓扑矩阵，再对发送端线阵拓扑矩阵进行改写，生成发送端的线阵拓扑非均匀码本。
[0021]进一步地，当对接收端线阵拓扑矩阵进行改写时包括：
[0022]令
[0023]其中，p∈{0,1,...,(N
‑
1)}，N为N
r
，M为波束个数；
[0024]当对发送端线阵拓扑矩阵进行改写时包括：
[0025]令
[0026]其中，N为N
t
。
[0027]进一步地，基于面阵拓扑导向矢量生成面阵拓扑非均匀码本包括：
[0028]将不同波达角对应的面阵拓扑导向矢量作为矩阵中不同的列组成面阵拓扑矩阵；其中，波达角由俯仰角和方位角组成；
[0029]对面阵拓扑矩阵进行改写和分解，生成面阵拓扑矩阵的水平维码本和垂直维码本；
[0030]将水平维码本和垂直维码本进行克罗内克积运算，得到面阵拓扑非均匀码本。
[0031]进一步地，水平维码本为：
[0032][0033]其中，F
x
为水平维码本，N
x
为面阵拓扑中水平方向x轴上的天线数量，x
i
为面阵拓扑中第(i+1)个天线在x轴上的位置系数，i∈{0,1,...,(N
x
‑
1)}，m
x
∈{0,1,...,(M
x
‑
1)}、n
x
∈{0,1,...,(N
x
‑
1)}，M
x
为x轴生成的波束个数。
[0034]进一步地，垂直维码本为：
[0035][0036]其中，F
y
为垂直维码本，N
y
为面阵拓扑中垂直方向y轴上的天线数量，y
l
为面阵拓扑中第(l+1)个天线在y轴上的位置系数，l∈{0,1,...,(N
y
‑
1)}，m
y
∈{0,1,...,(M
y
‑
1)}、n
y
∈{0,1,...,(N
y
‑
1)}，M
y
为y轴生成的波束个数。
[0037]本专利技术的另一种技术方案：一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计装置，其特征在于，应用于非均匀线性/平面分布的天线阵列，包括：
[0038]获取模块，用于获取天线阵列中天线阵元的分布类型和分布参数；其中，分布类型包括线阵拓扑或面阵拓扑；
[0039]第一生成模块，用于根据分布类型及其分布参数生成线阵拓扑导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，应用于非均匀线性/平面分布的天线阵列，包括以下步骤：获取所述天线阵列中天线阵元的分布类型和分布参数；其中，所述分布类型包括线阵拓扑或面阵拓扑；根据所述分布类型及其分布参数生成线阵拓扑导向矢量或面阵拓扑导向矢量；基于所述线阵拓扑导向矢量生成线阵拓扑非均匀码本，或，基于所述面阵拓扑导向矢量生成面阵拓扑非均匀码本。2.如权利要求1所述的一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，所述线阵拓扑导向矢量包括接收端线阵拓扑导向矢量和发送端线阵拓扑导向矢量；所述接收端线阵拓扑导向矢量为：其中，a
r
(N
r
,θ
p
)为接收端线阵拓扑导向矢量，N
r
为接收端的天线数，θ
p
为第p条路径上的俯仰角，j为虚数符号，k为波数，x
Nr
‑1为线阵拓扑中第N
r
个天线在x轴上的位置系数，d为天线间距基数。3.如权利要求2所述的一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，所述发送端线阵拓扑导向矢量为：其中，a
t
(N
t
,φ
p
)为发送端线阵拓扑导向矢量，N
t
为发送端的天线数，φ
p
为第p条路径上的方位角。4.如权利要求2或3所述的一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，基于所述线阵拓扑导向矢量生成线阵拓扑非均匀码本包括：当生成接收端的线阵拓扑非均匀码本时，将不同俯仰角对应的接收端线阵拓扑导向矢量作为矩阵中不同的列组成接收端线阵拓扑矩阵，再对所述接收端线阵拓扑矩阵进行改写，生成接收端的线阵拓扑非均匀码本；当生成发送端的线阵拓扑非均匀码本时，将不同方位角对应的发送端线阵拓扑导向矢量作为矩阵中不同的列组成发送端线阵拓扑矩阵，再对所述发送端线阵拓扑矩阵进行改写，生成发送端的线阵拓扑非均匀码本。5.如权利要求4所述的一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，当对所述接收端线阵拓扑矩阵进行改写时包括：令，其中，p∈{0,1,...,(N
‑
1)}，N为N
r
，M为波束个数；当对所述发送端线阵拓扑矩阵进行改写时包括：
令，其中，N为N
t
。6.如权利要求5所述的一种适用于非均匀线/面阵MIMO系统的改进型码本设计方法，其特征在于，基于所述面阵拓扑导向矢量生成面阵拓扑非均匀码...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞立华，程叶倩，刘贤贤，柯增红，魏倩，苏雨儿，李荣，夏猛，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：