一種基于Khatri-Rao積3D MU-MIMO的預(yù)編碼方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種適用于三維多用戶(hù)多輸入多輸出系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。各用戶(hù)分別根據(jù)其對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維信道狀態(tài)信息CSI，選擇使各用戶(hù)獲得最大信道增益的預(yù)編碼碼字，然后將最優(yōu)碼字對(duì)應(yīng)的索引分別反饋給基站端，基站端根據(jù)接收到的反饋信息恢復(fù)出對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維預(yù)編碼碼字，進(jìn)而基于Khatri-Rao積構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼處理。本發(fā)明所提出的預(yù)編碼碼本構(gòu)造方法不但使得預(yù)編碼碼本與當(dāng)前信道空間更加匹配，而且可有效地抑制多用戶(hù)共道干擾CCI，因而，該發(fā)明為下行3DMU-MIMO預(yù)編碼提供了一種簡(jiǎn)單而高效的實(shí)現(xiàn)方案。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于Khatr 1-Rao積3D MU-MI MO的預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及移動(dòng)通信長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE-Advanced)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多天線技術(shù)研究的深入，MMO技術(shù)已從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單用戶(hù)系統(tǒng)擴(kuò)展到了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的多用戶(hù)MMO系統(tǒng)。在實(shí)際工作環(huán)境，MIMO技術(shù)的優(yōu)勢(shì)極大地依賴(lài)于MMO信道模型。傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)僅僅利用了水平維的信道信息，這并不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更高的頻譜效率的要求，因此需要新的天線設(shè)計(jì)來(lái)開(kāi)發(fā)和利用垂直維的信道，即3DMU-MIMO (3-DimensionMult1-User Multiple Input Multiple Output, ) MIMO 三維多用戶(hù)多輸入多輸出)。引入3D MMO技術(shù)后，由于增加了一個(gè)新的自由度(垂直維)，使其可以更加靈活地進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)和干擾抑制，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率性能得到更為明顯地提升。
[0003]在下行MU-MMO系統(tǒng)中，多個(gè)用戶(hù)共享同一時(shí)頻資源，必然會(huì)導(dǎo)致CCI的存在，同時(shí)，各終端用戶(hù)之間通常無(wú)法相互協(xié)作進(jìn)行通信，因此，針對(duì)MU-MMO系統(tǒng)在基站端對(duì)各用戶(hù)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理就顯得至關(guān)重要，其中多用戶(hù)預(yù)編碼技術(shù)就是最為有效的一種預(yù)處理技術(shù)。目前已有的各種預(yù)編碼技術(shù)中，一類(lèi)為基于實(shí)時(shí)信道處理的預(yù)編碼技術(shù)，如信道反轉(zhuǎn)，信道塊對(duì)角化等，然而發(fā)送端需要獲知完全的信道狀態(tài)信息，顯然，在實(shí)際系統(tǒng)由于反饋量太大這類(lèi)預(yù)編碼技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)；另外一類(lèi)為基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)，由于該類(lèi)技術(shù)反饋量有限，因此逐漸發(fā)展成為預(yù)編碼技術(shù)的主流。
[0004]在3D MIMO系統(tǒng)中，基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)，即3D預(yù)編碼技術(shù)，目前仍處于研究階段。3D預(yù)編碼技術(shù)不僅要考慮水平維度信道信息，而且也要考慮垂直維信道信息。由于增加了一個(gè)新的自由度(垂直維)，3D預(yù)編碼技術(shù)可以更加靈活地實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)間的干擾協(xié)調(diào)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率和頻譜效率得到明顯地提升。在3GPP項(xiàng)目組第34會(huì)議上，西電提出了一種基于點(diǎn)乘的3D預(yù)編碼方案，與傳統(tǒng)的2D預(yù)編碼方案相比，該方案在一定程度上可以提升強(qiáng)相關(guān)環(huán)境下的系統(tǒng)性能，但對(duì)多用戶(hù)共信道干擾CCI (CoherentChannelInterference)的抑制能力有限。本發(fā)明提出的基于Khatr1-Rao積的3D MIMO預(yù)編碼方法，不但使得預(yù)編碼碼本與當(dāng)前信道空間更加匹配，而且可有效地抑制多用戶(hù)CCI，因而，該發(fā)明為下行3D MU-MIMO預(yù)編碼提供了一種簡(jiǎn)單而高效的實(shí)現(xiàn)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)多用戶(hù)CCI的抑制能力有限，提供一種適用于3DMU-MM0系統(tǒng)的預(yù)編碼方法。根據(jù)DFT酉變換，生成水平維和垂直維碼本，將其共存于基站端和用戶(hù)端，各用戶(hù)分別根據(jù)其對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維信道狀態(tài)信息CSI(Channel StateInformation)，選擇使各用戶(hù)獲得最大信道增益的預(yù)編碼碼字，然后將最優(yōu)碼字對(duì)應(yīng)的索引分別反饋給基站端，基站端根據(jù)接收到的反饋信息恢復(fù)出對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維的預(yù)編碼碼字，進(jìn)而基于Khatr1-Rao積構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼處理。
[0006]一種基于Khatr1-Rao積的3D MU-MIMO的預(yù)編碼方法，包括步驟:基站端采用MXN維均勻面陣，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信息，接收端有K個(gè)用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)接收天線數(shù)為隊(duì)，其中M表示均勻面陣的行數(shù)，N表示均勻面陣的列數(shù)；由離散傅里葉變換 DFT (Discrete Fourier
[0007]Transformation)產(chǎn)生包含多個(gè)矢量的水平維碼本W(wǎng)h= Iv1, v2...v2B}和垂直維碼本W(wǎng)v=Iv1, V2...v2B}，其中B表示該系統(tǒng)水平維和垂直維反饋的比特?cái)?shù)，并將其作為基站端和用戶(hù)端預(yù)存的固定碼本；用戶(hù)端根據(jù)3D MIMO信道矩陣#，建立該用戶(hù)水平維和垂直維預(yù)編碼選擇矩陣，獲取使得該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維碼字Wh°pt和垂直維碼字^-，并將該碼字在碼本中對(duì)應(yīng)的索引號(hào)反饋回基站端；基站端根據(jù)接收到的反饋信息恢復(fù)出與之對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維最優(yōu)碼字，根據(jù)Khatr1-Rao積構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣，對(duì)各用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行3D預(yù)編碼處理，將預(yù)編碼處理后的數(shù)據(jù)從基站天線發(fā)射出去。
[0008]構(gòu)造3D預(yù)編碼碼本具體包括:各用戶(hù)根據(jù)其水平維和垂直維信道狀態(tài)信息遍歷水平維和垂直維碼本中的各個(gè)碼字，選擇使該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維和垂直維碼字，并將該碼字在碼本中對(duì)應(yīng)的索引號(hào)反饋給基站端，基站端分別恢復(fù)出使得該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維碼字Wh°pt和垂直維碼字wv°pt，作為每一用戶(hù)選擇的對(duì)應(yīng)維度的最優(yōu)碼字。估計(jì)每一用戶(hù)的3D信道矩陣^^，從中取出與每一行發(fā)射天線相對(duì)應(yīng)的信道系數(shù)矩陣并對(duì)其取均值，作為該用戶(hù)水平維預(yù)編碼選擇矩陣;從3D信道矩陣H3zVxmAo中取出與每一列發(fā)射天線相對(duì)應(yīng)的信道系數(shù)矩陣并對(duì)其取均值，作為該
用戶(hù)垂直維預(yù)編碼選擇矩陣我.^ Cn^1。選擇水平維最優(yōu)預(yù)編碼碼字Wh°pt和垂直維最優(yōu)預(yù)編碼碼字Wv-具體包括:對(duì)水平維預(yù)編碼選擇矩陣Hh和垂直維預(yù)編碼選擇矩陣Hv進(jìn)行奇異值分解-Mh =UlXkVk11，預(yù)編碼碼字選擇WdVJi，其中[VJ1為Vk中第一列；對(duì)第k個(gè)用
戶(hù)，選擇的預(yù)編碼矩陣為:根據(jù)弦距離Clctod(X，Y)調(diào)用公式
【權(quán)利要求】
1.一種基于Khatr1-Rao積的3D MU-MIMO的預(yù)編碼方法，其特征在于，包括步驟:基站端采用MXN維均勻面陣；由離散傅里葉變換產(chǎn)生包含多個(gè)矢量的水平維碼本W(wǎng)h ={Vl, V2V2B...v2b}和垂直維碼本W(wǎng)v= Iv1, V2...v2b}，將其作為基站端和用戶(hù)端預(yù)存的固定碼本；用戶(hù)端根據(jù)3D MMO信道矩陣M3zVxmm)，建立該用戶(hù)水平維和垂直維預(yù)編碼選擇矩陣，獲取使得該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維碼字Wh°pt和垂直維碼字Wv°pt，并將該碼字在碼本中對(duì)應(yīng)的索引號(hào)反饋回基站端；基站端根據(jù)接收到的反饋信息恢復(fù)出與之對(duì)應(yīng)的水平維和垂直維最優(yōu)碼字，根據(jù)Khatr1-Rao積構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣，對(duì)各用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行3D預(yù)編碼處理，將預(yù)編碼處理后的數(shù)據(jù)從基站天線發(fā)射出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，構(gòu)造3D預(yù)編碼碼本具體包括:各用戶(hù)根據(jù)其水平維和垂直維信道狀態(tài)信息遍歷水平維和垂直維碼本中的各個(gè)碼字，選擇使該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維和垂直維碼字，并將該碼字在碼本中對(duì)應(yīng)的索引號(hào)反饋給基站端，基站端分別恢復(fù)出使得該用戶(hù)終端獲得最大信道增益的水平維碼字和垂直維碼字，作為用戶(hù)選擇的對(duì)應(yīng)維度的最優(yōu)碼字。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，估計(jì)每一用戶(hù)的3D信道矩陣Η'—、，從中取出與每一行發(fā)射天線相對(duì)應(yīng)的信道系數(shù)矩陣并對(duì)其取均值，作為該用戶(hù)水平維預(yù)編碼選擇矩陣#Λ;從3D信道矩陣中取出與每一列發(fā)射天線相對(duì)應(yīng)的信道系數(shù)矩陣并對(duì)其取均值，作為該用戶(hù)垂直維預(yù)編碼選擇矩陣盡' ^ Cn岸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，獲得水平維最優(yōu)預(yù)編碼碼字Wh°pt和垂直維最優(yōu)預(yù)編碼碼字Wv°pt具體包括:對(duì)水平維預(yù)編碼選擇矩陣Hh和垂直維預(yù)編碼選擇矩陣Hv進(jìn)行奇異值分解=H1 = υΣνΗ，計(jì)算弦距離Clctod (X，Y)，調(diào)用公式:? =計(jì)算碼本中碼字對(duì)應(yīng)的序號(hào)n，$VPt = \獲得第k個(gè)用戶(hù)水平維最優(yōu)預(yù)編碼碼字1-和垂直維最優(yōu)預(yù)編碼碼字胃；^，其中，酉矩陣1￥、Σ為預(yù)編碼選擇矩陣的左奇異向量矩陣、右奇異向量矩陣、特征值按由大到小順序構(gòu)成的矩陣，[VJ1為碼字Vk中第一列，H1中腳標(biāo)I為h和V分別表示水平維預(yù)編碼選擇矩陣Hh和垂直維預(yù)編碼選擇矩陣Hv。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)Khatr1-Rao積構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣具體包括:根據(jù)水平維預(yù)編碼碼字Wh°pt和垂直維預(yù)編碼碼字wv°pt，調(diào)用公式:W3D =ffhopt O ff；pt構(gòu)造3D預(yù)編碼矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)公式:
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103825678SQ201410080686
【公開(kāi)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, 吳學(xué)文, 陳前斌 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)