一种基于正交联合码本集的3D MU-MIMO预编码方法技术

本发明专利技术公开一种基于正交联合码本集的三维多用户MIMO预编码方法,涉及移动通信技术领域。基站端采用均匀面天线阵，与用户端同时储存正交联合码本集；用户端根据3D MIMO信道矩阵，在水平维度与垂直维度进行最优预编码矢量选取，然后将对应预编码矢量序号反馈给基站端，基站端形成3D预编码矩阵，对多用户发送信号进行3D预编码处理。正交联合码本集不仅覆盖了更大的空间，而且码本间存在正交性，因此，对于3D MIMO信道的匹配更为精确全面，同时能够有效抑制多用户共道干扰；同时，本发明专利技术对于最优预编码矩阵的选取，能够在不增加反馈量的条件下，综合利用水平与垂直维度上的信道信息，提高了系统的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正交联合码本集的3DMU-MIMO预编码方法
本专利技术涉及通信
，主要针对LTE-Advanced系统3DMU-MIMO提出一种预编码方法。
技术介绍
作为LTE-Advanced及LTE空中接口核心技术-MIMO技术，可以在不增加带宽以及发射功率的情况下，提高系统容量，主要是通过分布于空间中的多根天线有效地结合时间域和空间域对所接收信号进行处理，同时利用信道的多径传播特性以及随机衰落特性，有效地改善了传输质量及提升了传输速率。然而，在实际工作环境中，MIMO技术优势的体现极大地依赖于MIMO信道模型特性。因此，建立有效地能够反映真实MIMO工作环境的信道模型就显得十分重要。现有的MIMO信道模型大多建立在二维（2Dimension,2D）平面内。如果单纯从电磁波传播机理来看，该信道模型并不完善，因为该模型仅仅考虑空间电磁波的水平传播，因此2DMIMO没有充分利用空间资源。为此，学术界包括工业界大量开展了基于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，信道模型更为准确。考虑到3DMIMO技术的优势，工业界包括高通、阿朗、DOCOMO、诺西等公司专门成立了面向4G的先进空中接口(AdvancedRadioInterfaceTechnologiesfor4GSystems,ARTIST4G)工作组，该工作组指出：基于有源阵列的3DMIMO技术将作为未来移动通信系统提高小区边缘用户吞吐量和数据传输率的关键技术。与此同时，3GPP从2012年年底开始启动了LTE-AdvancedR12的技术规范标准工作，正式将3DMIMO技术作为LTE-AdvancedR12技术规范的核心。以此为契机，吸引了国内外大量的学者、工程师加入到3DMIMO关键技术及标准化的研究工作中。在LTE-Advanced系统中，基于3D信道的预编码技术包括码本设计以及码本的选取等。常见的预编码码本包括DFT（离散傅里叶变换）码本、随机码本、格拉斯曼码本等。对于最优预编码矢量的选择则是基于不同的性能指标准则。比如，最小奇异值准则、最大容量准则等。基于码本的预编码系统中，首先将已经设计好的码本储存在发射端与接收端，接收端接收到信号，通过信道估计得到当前CSI，然后利用CSI，在所储存的本地码本中，基于预编码选取准则选择最优预编码矢量，并将最优预编码矢量所对应的索引号反馈给基站端，基站端由该索引号恢复最优预编码矢量，生成预编码矩阵对输入数据进行预编码处理。在3DMIMO多用户系统中，随着用户数的增多，用户分布在小区内不同区域，包括小区中心和小区边缘。传统的预编码技术仅仅利用了水平维的信道信息，而无法在竖直维对用户进行区分，这也就造成了严重的用户间干扰。例如，基于DFT码本的3D预编码，水平维度与垂直维度的码本均采用相同的DFT码本，水平维最优预编码矢量与垂直维最优预编码矢量均由该DFT码本中选取。3D预编码方案中水平维与垂直维基均采用相同的DFT码本，完全没有考虑三维空间特性，从而导致对CCI的抑制能力有限。因此，为了同时提升小区中心和小区边缘用户的容量及用户性能，需求联合水平维与垂直维信道信息，以实现3DMIMO预编码。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于正交联合码本集的3DMU-MIMO预编码方法，包含具体的正交联合码本集的构建方法。基站端采用均匀面天线阵列，与用户端同时储存该正交联合码本集；用户端在水平维度与垂直维度分别进行最优预编码矢量的选取，然后将对应最优预编码矢量的索引号反馈给基站端；基站端根据各用户的最优预编码矢量形成最优预编码矩阵，从而对多用户发送信号进行3D预编码处理。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：设计一种基于正交联合码本集的3DMU-MIMO预编码方法，包括步骤：基站端采用面天线阵列结构，每一根天线端口接收二维平面内的信号信息并处理三维空间内信号信息，构造正交联合码本集并同时储存在基站端与用户端，用户端经信道估计得到3D信道矩阵，根据3D信道矩阵分别在水平维度与垂直维度从正交联合码本集中选择最优预编码矢量，并将两个维度上的最优预编码矢量在对应码本中序号作为反馈索引号发送回基站端，基站端根据接收到的索引号恢复出最优预编码矢量，生成预编码矩阵对输入数据进行预编码处理。当根据DFT码本：构建基础码本Fbase时：根据公式：确定基础码本Fbase={T1,T2,...,TL}中的元素Ti。正交联合码本集的构造包括：根据码本对信道空间的覆盖程度、码本复杂度以及由码本选出的预编码矩阵对CCI的抑制能力，选取基础码本Fbase；将基础码本Fbase进行正交变换，得到各码字间相互正交的正交码本F'base；提取基础码本Fbase={T1,T2,...,TL}中的任意一个码字Tl（l=1,2,...L），根据公式寻找与之对应的L个向量由L个向量构成正交分簇码本由此获得正交分簇码本集Γ'={Fbase_1,Fbase_2,...,Fbase_L}，将该正交分簇码本集Γ'与基础码本Fbase根据公式：Γ={{Fbase，Fbase_1},{Fbase，Fbase_2},...,{Fbase，Fbase_L}}结合，得到最终的正交联合码本集Γ。基站端生成预编码矩阵具体为，基站端根据接收到的索引号恢复出所有用户水平维最优预编码矢量与垂直维最优预编码矢量，并根据点乘运算生成3D预编码矩阵。用户端基于最大化最小奇异值准则，根据3D信道矩阵，分别进行垂直维度与水平维度反馈量计算。用户端反馈索引号包含水平维最优预编码矢量索引号与垂直维最优预编码矢量索引号，其中，水平维最优预编码矢量索引号对应最匹配当前水平维CSI的最优预编码矢量在基础码本Fbase的序号，垂直维最优预编码矢量索引号为水平维最优预编码矢量索引号所对应的正交分簇码本Fbase_l。用户端反馈给基站端的最优预编码矢量索引号，不但包含水平维度最优预编码矢量索引号，同时包含了垂直维度最优预编码矢量索引号，其中，水平维度最优预编码矢量索引号为最佳匹配当前水平维CSI的某个预编码矢量在基础码本Fbase中的序号；再由该水平维最优预编码矢量索引号确定与之对应的正交分簇码本Fbase_l作为垂直维码本，从而垂直维最优预编码矢量索引号为最佳匹配当前垂直维度CSI的某个预编码矢量在该正交分簇码本Fbase_l中的序号。本专利技术中正交联合码本集的设计不但综合了水平维度与垂直维度CSI来进行码本设计，而且还考虑码本对3D信道的覆盖程度，以及3D预编码矩阵对于CCI的抑制能力。综上，本专利技术提出的基于正交联合码本集的3DMU-MIMO预编码方法可以获得更强的预编码增益，提高系统的整体性能。本专利技术所提出的正交联合码本集不仅覆盖了更大的空间，而且码本间存在正交性，因此，不仅对于3DMIMO信道的匹配更为精确全面，同时还能够有效的抑制多用户共道干扰；另外，本专利技术能够在不增加反馈量的条件下，综合利用水平与垂直维度上的信道信息，提高了系统的整体性能。附图说明图1为本专利技术提出的3DMU-MIMO预编码方法的系统框图；图2为基于码本的预编码操作流程图；图3为本专利技术中正交分簇码本构造示意图；图4为本专利技术中正交联合码本集构造示意图；图5为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正交联合码本集的3D MU‑MIMO预编码方法，其特征在于，包括步骤：基站端采用面天线阵列结构，每一根天线端口接收二维平面内的信号信息并处理三维空间内信号信息，构造正交联合码本集并同时储存在基站端与用户端，用户端经信道估计得到3D信道矩阵，根据3D信道矩阵分别在水平维度与垂直维度从正交联合码本集中选择最优预编码矢量，并将两个维度上的最优预编码矢量在对应码本中的序号作为索引号反馈回基站端，基站端根据用户端反馈的索引号恢复出最优预编码矢量，生成预编码矩阵对输入数据进行预编码处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于正交联合码本集的3DMU-MIMO预编码方法，其特征在于，包括步骤：基站端采用面天线阵列结构，每一根天线端口接收二维平面内的信号信息并处理三维空间内信号信息，构造正交联合码本集并同时储存在基站端与用户端，正交联合码本集的构造包括：根据码本对信道空间的覆盖程度、码本复杂度以及由码本选出的预编码矩阵对共道干扰CCI的抑制能力，选取基础码本Fbase，将基础码本Fbase进行正交变换，得到各码字间相互正交的正交码本F′base，提取基础码本Fbase＝{T1,T2,...,TL}中的任意一个码字Tl，其中，l＝1,2,…L，根据公式寻找与之对应的L个向量由L个向量构成正交分簇码本由此获得正交分簇码本集Γ'＝{Fbase_1,Fbase_2,...,Fbase_L}，将该正交分簇码本集Γ'与基础码本Fbase根据公式：Γ＝{{Fbase，Fbase_1},{Fbase，Fbase_2},...,{Fbase，Fbase_L}}结合，得到最终的正交联合码本集Γ，其中，T′1,T′2,...,T′L为正交码本F′base中元素；用户端经信道估计得到3D信道矩阵，根据3D信道矩阵分别在水平维度与垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：景小荣，张靖悦，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85