一種基于3d交叉極化信道大規(guī)模mimo系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于多用戶(Multi-User,MU)大規(guī)模多輸入多輸出(Massive-Multiple Input Multiple Output，Massive-MIMO)系統(tǒng)的碼本設(shè)計方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。根據(jù)BD-DFT擴展生成大規(guī)模MIMO預(yù)編碼碼本，將其共存于基站端和用戶端，各用戶根據(jù)其對應(yīng)的信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)，選擇使各用戶獲得最大信道增益的預(yù)編碼碼字，然后將最優(yōu)碼字對應(yīng)的索引(Precoding Matrix Index,PMI)反饋給基站端，基站端根據(jù)接收到的反饋信息恢復(fù)出對應(yīng)的預(yù)編碼碼字，進而實現(xiàn)對各用戶發(fā)送數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼處理。本發(fā)明所提出的碼本構(gòu)造方法與采用交叉極化天線的均勻面陣的系統(tǒng)信道空間更加匹配，而且可有效地抑制多用戶共道干擾(Co-Channel Interference，CCI)，因而，該發(fā)明為大規(guī)模MU-MIMO系統(tǒng)提供了一種簡單而高效的實現(xiàn)方案。
【專利說明】一種基于3D交叉極化信道大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信長期演進（LTE-Advanced)【技術(shù)領(lǐng)域】。具體是一種基于3D交 叉極化信道大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端設(shè)備的迅猛發(fā)展，人們對高速率的數(shù)據(jù)要求也變得越來越高?，F(xiàn)在， 隨著多天線技術(shù)研究的深入，盡管ΜΜ0技術(shù)可以在一定程度上改善系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng) 容量，但這并不能滿足用戶對更高更快的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，并且隨著終端設(shè)備增多其 干擾抑制技術(shù)所達到的效果也是有限的。一般來說，收發(fā)端的天線數(shù)目越多，傳輸信道提 供的自由度越大，則系統(tǒng)提供傳輸速率也就更高，因此，基站端采用大量有源天線的大規(guī)模 ΜΜ0逐漸成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。大規(guī)模ΜΜ0是在傳統(tǒng)ΜΜ0基礎(chǔ)上擴展而來 的，相比傳統(tǒng)ΜΜ0,大規(guī)模ΜΜ0天線數(shù)目的急劇增加，考慮到陣列結(jié)構(gòu)的要求和外形美觀 等因素，傳統(tǒng)的均勻線陣（Uniform Linear Array, ULA)已經(jīng)不再適合，因此，本發(fā)明提出了 基于3D交叉極化信道的大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)，基站端配置NhXN v維交叉極化（-/+45° )天線 的均勻面陣（Uniform Planar Array, UPA)，這樣不僅解決了大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)中天線數(shù)目太 多帶來的空間限制，同時由于增加了一個新的自由度（垂直維），使其可以更加靈活地進行 干擾協(xié)調(diào)和干擾抑制，從而使得整個系統(tǒng)的傳輸速率和誤碼率性能得到更為明顯地提升。
[0003] 在下行多用戶ΜΜ0系統(tǒng)中，多個用戶共享同一時頻資源，必然會導(dǎo)致共信道干擾 (Co-Channel Interference, CCI)的存在，同時，各終端之間通常無法相互協(xié)作進行通信， 因此，針對多用戶ΜΙΜ0系統(tǒng)在基站端對各用戶信號進行預(yù)處理就顯得至關(guān)重要，其中多用 戶預(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，一類為基 于實時信道處理的預(yù)編碼技術(shù)，如信道反轉(zhuǎn)，信道塊對角化等，然而發(fā)送端需要獲知完全的 信道狀態(tài)信息，顯然，由于反饋量太大在實際系統(tǒng)中這類預(yù)編碼技術(shù)很難實現(xiàn)；另外一類為 基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)，具體實現(xiàn)方法就是將事先設(shè)計好的碼本并共存于收發(fā)兩端，接收 端估計出信道信息，并根據(jù)一定的準(zhǔn)則從設(shè)計好的碼本中最能代表當(dāng)前信道條件的碼字， 并反饋該碼字在碼本中對應(yīng)的預(yù)編碼矩陣索引號（Precoding Matrix Index, ΡΜΙ)，由于該 類技術(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] 在大規(guī)模ΜΙΜ0系統(tǒng)中，基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)關(guān)鍵在于碼本的設(shè)計，目前學(xué)術(shù)界 和產(chǎn)業(yè)界均處于初步研究階段。由于基站采用二維UPA同時配置了交叉極化天線，因此碼 本的設(shè)計不僅要同時考慮水平維度信道信息和垂直維信道信息，還需要考慮3D交叉極化 信道發(fā)送相關(guān)矩陣的對角性質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種交叉極化信道空間更加 匹配，而且可有效地抑制多用戶共信道干擾的基于3D交叉極化信道大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)的碼 本構(gòu)造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于3D交叉極化信道大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其包括以下步驟：
[0007] 101、在基站端配置NhXNv維交叉極化（-/+45° )天線的均勻面陣UPA，其中Nh為 均勻面陣UPA的水平維發(fā)射天線數(shù)，Nv為均勻面陣UPA的天線的行數(shù)，采用塊對角-離散傅 里葉變換法對均勻面陣UPA進行變換產(chǎn)生基礎(chǔ)碼本Α 8，其中為塊對角結(jié)構(gòu)；
[0008] 102、然后根據(jù)步驟101中的NhXNv維交叉極化天線均勻面陣之間的相位差產(chǎn)生碼 本^ 1，通過A%1構(gòu)造采用交叉極化天線均勻線陣的信道對應(yīng)的碼本；
[0009] 103、最后根據(jù)垂直維天線之間的相關(guān)性，生成垂直維的導(dǎo)向矢量Wv，利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于3D交叉極化信道大規(guī)模MMO系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其特征在于：包括以 下步驟： 101、 在基站端配置NhXNv維交叉極化（-/+45° )天線的均勻面陣UPA，其中Nh為均勻 面陣UPA的水平維發(fā)射天線數(shù)，Nv為均勻面陣UPA的天線的行數(shù)，采用塊對角-離散傅里葉 變換法對均勻面陣UPA進行變換產(chǎn)生基礎(chǔ)碼本W(wǎng)18，其中W18為塊對角結(jié)構(gòu)； 102、 然后根據(jù)步驟101中的NhXNv維交叉極化天線均勻面陣之間的相位差產(chǎn)生碼本 W21,通過W1gW21構(gòu)造采用交叉極化天線均勻線陣的信道對應(yīng)的碼本； 103、 最后根據(jù)垂直維天線之間的相關(guān)性，生成垂直維的導(dǎo)向矢量Wv，利用公式
產(chǎn)生預(yù)編碼碼本，并將其保存在基站端和用戶端，用戶端的各用戶根 據(jù)當(dāng)前信道狀態(tài)信息CSI從設(shè)計好的預(yù)編碼碼本中選擇使該用戶獲得最大信道增益的碼 字，將其對應(yīng)的預(yù)編碼碼字索引號PMI反饋到基站，基站根據(jù)PMI從相同的碼本中恢復(fù)出對 應(yīng)的碼字，進而對不同用戶數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼處理然后從基站發(fā)射出去。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D交叉極化信道大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其 特征在于：步驟101中采用塊對角-離散傅里葉變換法對均勻面陣UPA進行變換的具體公 式如下：
其中wg(m，n)表示預(yù)編碼矩陣第m行第n列的元素，N表示接收天線數(shù)，Nh為UPA 的水平維發(fā)射天線數(shù)，G表示滿秩DFT矩陣的個數(shù)，然后根據(jù)如下公式生成塊對角結(jié)構(gòu)碼本W(wǎng)18，具體形式如下：
其中丨f--分別對應(yīng)一組均勻分布且同極化天線形成的信道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D交叉極化信道大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其 特征在于：步驟102中對交叉極化（-/+45° )均勻線陣ULA的信道所對應(yīng)的碼本，根據(jù)兩 組共極化天線相位差關(guān)系構(gòu)造W21 :
其中ei表示第n個元素為1，其他元素均為0的Nh/2X1的向量，f表示兩組共極化天 線之間的相位差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D交叉極化信道大規(guī)模MMO系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其 特征在于：步驟103中根據(jù)垂直維天線的相關(guān)性設(shè)計導(dǎo)向矢量Wv的公式為：
其中V表示由垂直維天線間距引起的波程差對應(yīng)的相位差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D交叉極化信道大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的碼本構(gòu)造方法，其 特征在于：步驟103中的用戶根據(jù)信道估計得到當(dāng)前信道矩陣#t<AVS<A;l，對其進行奇異 值分解
其中酉矩陣U為當(dāng)前信道矩的左奇異向量矩陣，I：為當(dāng)前信道矩陣 的特征值按由大到小順序構(gòu)成的矩陣，酉矩陣V為當(dāng)前信道矩陣#.,的 右奇異向量矩陣，如果根據(jù)當(dāng)前信道矩陣%,y選擇的最優(yōu)預(yù)編碼碼字為W= [V]i， 以又表示矩陣V的第一列，則等效信道為：
其中X-為當(dāng)前信道矩陣#匕,,的最大奇異值，從上式可看出，當(dāng)W=[仏時，用戶 獲得最大信道增益。
【文檔編號】H04L1/06GK104243106SQ201410510004
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】景小榮, 吳學(xué)文, 劉利, 張祖凡, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)