一種基于偽碼本的3d mu-mimo預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偽碼本的3D?MU-MIMO預(yù)編碼方法?；径瞬捎镁鶆蛎嫣炀€陣列，與用戶端同時(shí)儲(chǔ)存DFT碼本；用戶端根據(jù)3D信道矩陣，分別在水平維度與垂直維度上進(jìn)行最優(yōu)預(yù)編碼矢量的選取，將索引號(hào)反饋給基站端，基站恢復(fù)出水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，分別計(jì)算出與水平維及垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量相似度最高的水平維與垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量。分別進(jìn)行點(diǎn)乘變換，構(gòu)建出新的水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，進(jìn)而生成預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明中所采用的偽碼本思想能夠更好的匹配當(dāng)前的信道信息，而且在不增加系統(tǒng)反饋量的情況下，使得系統(tǒng)性能得到明顯提升。
【專利說明】—種基于偽碼本的3D MU-MI MO預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)領(lǐng)域，主要涉及LTE-Advanced【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，給現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)帶來了極大的調(diào)整壓力，對(duì)于通信系統(tǒng)而言，增加系統(tǒng)容量、降低干擾依然是最重要的發(fā)展目標(biāo)。尤其是作為L(zhǎng)TE-Advanced及LTE空中接口的核心技術(shù)——MIMO技術(shù)，可以在不增加帶寬以及發(fā)射功率的情況下提高系統(tǒng)容量，通過利用多根天線以及信道的多徑傳播特性以及隨機(jī)衰落特性，可以有效地改善了傳輸質(zhì)量，并提升傳輸速率。
[0003]在實(shí)際的實(shí)踐環(huán)境下，MMO技術(shù)優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)極大地依賴于MMO信道模型特性?；诖耍顬橹匾囊稽c(diǎn)就是建立有效地能夠反映真實(shí)MMO工作環(huán)境的信道模型。然而，傳統(tǒng)的MMO信道模型大多建立在二維(2Dimension，2D)平面內(nèi)，2D MIMO并沒有很好地充分利用空間資源，如果單純從電磁波傳播機(jī)理來看，該模型僅僅考慮空間電磁波的水平傳播，對(duì)于空間電磁波的垂直維傳播不做任何處理，因此，該信道模型并不完善。為此，學(xué)術(shù)界包括工業(yè)界大量開展了基于3D的MMO信道建模工作。3D MIMO信道模型要求同時(shí)考慮方位角和俯仰角，即同時(shí)考慮了空間電磁波的水平和垂直傳播，因此，信道模型更為準(zhǔn)確?？紤]到3D MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，工業(yè)界包括高通、阿朗、D0C0M0、諾西等公司專門成立了面向4G的先進(jìn)空中接口(Advanced Radio Interface Technologies for4G Systems, ARTIST4G)工作組，該工作組指出:基于有源陣列的3D MMO技術(shù)將作為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量和數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時(shí)，3GPP為了滿足LTE-Advanced的技術(shù)需求，啟動(dòng)了 LTE RlO版本的技術(shù)工作，即LTE-Advanced。LTE-Advanced RlO的標(biāo)準(zhǔn)工作于2011年3月完成，相對(duì)于LTE其他版本，RlO中引進(jìn)較多新技術(shù)，此外，LTE-Advanced RlO的演進(jìn)版本Rll也與2012年12月完成。3GPP從2012年年底開始啟動(dòng)了 LTE-AdvancedR12的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)工作，正式將3D MIMO技術(shù)作為L(zhǎng)TE-Advanced R12技術(shù)規(guī)范的核心。以此為契機(jī)，吸引了國內(nèi)外大量的學(xué)者、工程師加入到3D MMO關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作中。
[0004]在LTE-Advanced系統(tǒng)中，基于3D信道的預(yù)編碼技術(shù)包括碼本設(shè)計(jì)、碼本的選取等。碼本的設(shè)計(jì)中，DFT碼本、隨機(jī)碼本、格拉斯曼碼本等屬于最基本的預(yù)編碼碼本。碼本的選取即對(duì)最優(yōu)預(yù)編碼矢量的選擇，是基于不同的性能指標(biāo)準(zhǔn)則。常見的最優(yōu)預(yù)編碼矢量選取準(zhǔn)則包括最小奇異值準(zhǔn)則、最大容量準(zhǔn)則等。在基于碼本的預(yù)編碼系統(tǒng)下，首先將已經(jīng)設(shè)計(jì)好的碼本儲(chǔ)存在發(fā)射端與接收端，接收端接收到信號(hào)，通過信道估計(jì)得到當(dāng)前信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI),然后利用CSI,在所儲(chǔ)存的本地碼本中，基于預(yù)編碼選取準(zhǔn)則選擇最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并將最優(yōu)預(yù)編碼矢量的在碼本中所對(duì)應(yīng)的序號(hào)反饋給基站端，基站端由接收序號(hào)恢復(fù)最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并構(gòu)建預(yù)編碼矩陣，對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼處理之后發(fā)射出去。
[0005]在3D MMO多用戶系統(tǒng)中，隨著用戶數(shù)的增多，用戶分布在小區(qū)內(nèi)不同區(qū)域，包括小區(qū)中心和小區(qū)邊緣。傳統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)僅僅利用了水平維的信道信息，而無法在豎直維對(duì)用戶進(jìn)行區(qū)分，這對(duì)于信息的利用并不完善。因此，為了同時(shí)提升小區(qū)中心和小區(qū)邊緣用戶的容量及用戶性能，需要同時(shí)利用水平維與垂直維信道信息以實(shí)現(xiàn)3D MIMO預(yù)編碼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述方法的不足，提出一種基于偽碼本的3D MU-MMO預(yù)編碼方法。LTE-Advanced系統(tǒng)中，根據(jù)3D MIMO多用戶系統(tǒng)的特點(diǎn)，選取合適DFT碼本同時(shí)儲(chǔ)存在基站與用戶端，基站采用均勻面天線陣列；接收端根據(jù)3D信道矩陣，分別在水平維與垂直維選取最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并將水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量在對(duì)應(yīng)碼本中序號(hào)作為反饋值反饋回基站，基站根據(jù)接收到的序號(hào)恢復(fù)出水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并計(jì)算出與水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量相似度最高的水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量，以及與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量相似度最高的垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量，最后利用偽碼本思想對(duì)水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量再次變換，進(jìn)而生成預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明能夠在采用相同反饋量的條件下，分別利用水平緯度與垂直維度上的信道信息，提高系統(tǒng)的整體性能。該方法具體為:
[0007]一種基于偽碼本的3D MU-MMO預(yù)編碼方法，將碼本同時(shí)儲(chǔ)存在基站端和用戶端；用戶端根據(jù)3D信道矩陣，分別在水平維度與垂直維度上選取最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并將其對(duì)應(yīng)索引號(hào)反饋給基站端，基站端根據(jù)索引號(hào)恢復(fù)出水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，分別計(jì)算出與水平維及垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量相似度最高的水平維與垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量，分別進(jìn)行點(diǎn)乘變換，構(gòu)建新的水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，進(jìn)而形成預(yù)編碼矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
[0008]用戶端在水平維度與垂直維度上基于最大化最小奇異值準(zhǔn)則進(jìn)行最優(yōu)預(yù)編碼矢量的選取，具體包括:根據(jù)等效信道H Wi的最小非零奇異值Xmin{H Fx}，遍歷碼本根據(jù)公式:Hrg=^w!// Ft\，F(xiàn)v ιψ! ^avgmaxAi {I/ Fj) (L 為碼本中碼字?jǐn)?shù)目)選擇最
優(yōu)碼字Fh tjpt和Fv tjpt作為水平維度和垂直維度最優(yōu)預(yù)編碼矢量。選擇與水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量IVtjpt相似度最高的預(yù)編碼矢量作為水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量P h-_，選擇與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fv,t相似度最高的預(yù)編碼矢量作為垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' ν__，根據(jù)公式cos Θ = Fx_opt/F/ x,t = I (F`x-opt)HF/ χ__ I (χ代表水平維度或者垂直維度，即X為h或V分別表示水平維度或垂直維度，Θ為最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fx,t與次優(yōu)預(yù)編碼矢量F'"㈣間的夾角，(Fx_opt)H為Fx,t的共軛轉(zhuǎn)置)知道，當(dāng)Θ越小時(shí)Fx,t與F' x_opt相似度越高，選擇Θ最小時(shí)的預(yù)編碼矢量作為次優(yōu)預(yù)編碼矢量，即可獲得水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F'卜-和垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' ν__。水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量與次優(yōu)預(yù)編碼矢量(FhptF' h_opt)以及垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量與次優(yōu)預(yù)編碼矢量(FV__F, ν__)可以理解為:將系統(tǒng)中儲(chǔ)存的DFT碼本復(fù)制成為兩個(gè)相同的碼本I與碼本2，在水平維度上，F(xiàn)hpt可看成從碼本I中求出最優(yōu)預(yù)編碼矢量，F(xiàn)' h_opt可看成從碼本2中求出次優(yōu)預(yù)編碼矢量，在垂直維度上，F(xiàn)v__可看成從碼本I中求出最優(yōu)預(yù)編碼矢量，F(xiàn)' v,t可看成從碼本2中求出次優(yōu)預(yù)編碼矢量。再對(duì)Fh,t和P h,t做點(diǎn)乘變換=Fh = FhI^F' Μ#所得的Fh代替Fhpt成為新的水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量；對(duì)Fv_opt和F' rm做點(diǎn)乘變換:FV = Fv_opt.*F' rm,得到的Fv代替F^pt作為新的垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量。[0009]用戶端基于最大化最小奇異值準(zhǔn)則計(jì)算水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量。用戶端反饋信息包含水平維反饋值與垂直維反饋值，其中水平維反饋值為匹配當(dāng)前水平維信道信息的最優(yōu)預(yù)編碼矢量在碼本中的索引號(hào)，垂直維反饋值為匹配當(dāng)前垂直維信道信息的最優(yōu)預(yù)編碼矢量在對(duì)應(yīng)碼本中的索引號(hào)。
[0010]本發(fā)明中，基站端采用均勻面天線陣列，用戶端根據(jù)3D信道矩陣分別在水平維度與垂直維度上進(jìn)行最優(yōu)預(yù)編碼矢量的選取，然后將兩個(gè)矢量對(duì)應(yīng)索引號(hào)反饋給基站端，基站端根據(jù)索引號(hào)恢復(fù)水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，并利用偽碼本思想，對(duì)水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量與水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量進(jìn)行點(diǎn)乘變換，同時(shí)對(duì)垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量與垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量也進(jìn)行點(diǎn)乘變換，構(gòu)建出新的水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，生成整體預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明中所采用的偽碼本思想能夠在不增加系統(tǒng)反饋量的情況下，使所構(gòu)建的預(yù)編碼矩陣通過分別利用水平維與垂直維上信道信息能夠更好的表述當(dāng)前的信道信息，同時(shí)提聞系統(tǒng)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提出的多用戶下3D MMO預(yù)編碼方法的系統(tǒng)框圖；
[0012]圖2為基于碼本的預(yù)編碼基本操作流程圖；
[0013]圖3為本發(fā)明中3D預(yù)編碼方案操作流程圖；
[0014]圖4為本發(fā)明中偽碼本思想操作示意圖；
[0015]圖5為WINNER信道下“Al”場(chǎng)景本發(fā)明預(yù)編碼方法與DFT碼本預(yù)編碼在相同反饋量下誤碼率性能比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1所示為本發(fā)明基于偽碼本的3D MU-MIMO預(yù)編碼方法系統(tǒng)框圖，在基站端采用均勻面天線陣列結(jié)構(gòu)，其中均勻面天線陣列的行數(shù)用η來表示，均勻面天線陣列的列數(shù)用m表示，保證每一根發(fā)射天線都能夠同時(shí)處理水平維度與垂直維度上的信息，用戶端接收天線數(shù)為r個(gè)。第i個(gè)用戶接收到的信號(hào)可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于偽碼本的3D MU-MMO預(yù)編碼方法，其特征在于，將碼本同時(shí)儲(chǔ)存在基站端和用戶端；用戶端根據(jù)3D信道矩陣，分別在水平維度與垂直維度上選取最優(yōu)預(yù)編碼矢量，將水平維度最優(yōu)預(yù)編碼矢量與垂直維度最優(yōu)預(yù)編碼矢量在對(duì)應(yīng)碼本中的索引號(hào)反饋給基站端，基站端根據(jù)索引號(hào)恢復(fù)出水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，分別計(jì)算出與水平維及垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量相似度最高的水平維與垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量，分別進(jìn)行點(diǎn)乘變換，構(gòu)建新的水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量，進(jìn)而得到預(yù)編碼矩陣對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用戶端在水平維度與垂直維度上基于最大化最小奇異值準(zhǔn)則進(jìn)行最優(yōu)預(yù)編碼矢量的選取，具體包括:根據(jù)等效信道H Wi的最小非零奇異值遍歷碼本，根據(jù)公式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇與水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量？11__相似度最高的預(yù)編碼矢量作為水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F’ h__，選擇與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fv__相似度最高的預(yù)編碼矢量作為垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' v__，根據(jù)公式cose =Fx-opt/F/ x-_= |(Fx__)hF' x,t|選擇最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fx,t與次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' _間的夾角Θ最小的F' x__，作為水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' Μ#和垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' v,t，其中，腳標(biāo)X為h表示水平維、腳標(biāo)X為V表示垂直維，(匕-廣為^—的共軛轉(zhuǎn)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建新的水平維與垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量具體包括:將系統(tǒng)中儲(chǔ)存的DFT碼本分解為兩個(gè)相同的碼本I與碼本2，在水平維度上，由碼本I中選擇最優(yōu)預(yù)編碼矢量作為水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fh__，從碼本2中選擇最優(yōu)預(yù)編碼矢量作為水平維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F/ h_opt,對(duì)Fh__和F/ h_opt做點(diǎn)乘變換:Fh =
hit所得的Fh代替Fh,t成為新的水平維最優(yōu)預(yù)編碼矢量；在垂直維度上，從碼本I中獲得最優(yōu)預(yù)編碼矢量作為垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量Fv,t，從碼本2中獲得次優(yōu)預(yù)編碼矢量作為垂直維次優(yōu)預(yù)編碼矢量F' ν__，對(duì)Fv,t和F' v_opt做點(diǎn)乘變換:FV = Fv_opt.*F' v_opt,得到的Fv代替FvIt作為新的垂直維最優(yōu)預(yù)編碼矢量。
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK103825679SQ201410080644
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】景小榮, 張靖悅, 陳前斌 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)