一种基于3d交叉极化信道大规模mimo系统的码本构造方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于多用户(Multi-User,MU)大规模多输入多输出(Massive-Multiple Input Multiple Output，Massive-MIMO)系统的码本设计方法，属于无线通信【技术领域】。根据BD-DFT扩展生成大规模MIMO预编码码本，将其共存于基站端和用户端，各用户根据其对应的信道状态信息(Channel State Information,CSI)，选择使各用户获得最大信道增益的预编码码字，然后将最优码字对应的索引(Precoding Matrix Index,PMI)反馈给基站端，基站端根据接收到的反馈信息恢复出对应的预编码码字，进而实现对各用户发送数据进行预编码处理。本发明所提出的码本构造方法与采用交叉极化天线的均匀面阵的系统信道空间更加匹配，而且可有效地抑制多用户共道干扰(Co-Channel Interference，CCI)，因而，该发明为大规模MU-MIMO系统提供了一种简单而高效的实现方案。
【专利说明】一种基于3D交叉极化信道大规模ΜΙΜΟ系统的码本构造方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信长期演进（LTE-Advanced)【技术领域】。具体是一种基于3D交 叉极化信道大规模ΜΙΜΟ系统的码本构造方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能终端设备的迅猛发展，人们对高速率的数据要求也变得越来越高。现在， 随着多天线技术研究的深入，尽管ΜΜ0技术可以在一定程度上改善系统的可靠性和系统 容量，但这并不能满足用户对更高更快的数据传输速率的要求，并且随着终端设备增多其 干扰抑制技术所达到的效果也是有限的。一般来说，收发端的天线数目越多，传输信道提 供的自由度越大，则系统提供传输速率也就更高，因此，基站端采用大量有源天线的大规模 ΜΜ0逐渐成为学术界和产业界的研究热点。大规模ΜΜ0是在传统ΜΜ0基础上扩展而来 的，相比传统ΜΜ0,大规模ΜΜ0天线数目的急剧增加，考虑到阵列结构的要求和外形美观 等因素，传统的均勻线阵（Uniform Linear Array, ULA)已经不再适合，因此，本发明提出了 基于3D交叉极化信道的大规模ΜΜ0系统，基站端配置NhXN v维交叉极化（-/+45° )天线 的均勻面阵（Uniform Planar Array, UPA)，这样不仅解决了大规模ΜΙΜΟ系统中天线数目太 多带来的空间限制，同时由于增加了一个新的自由度（垂直维），使其可以更加灵活地进行 干扰协调和干扰抑制，从而使得整个系统的传输速率和误码率性能得到更为明显地提升。
[0003] 在下行多用户ΜΜ0系统中，多个用户共享同一时频资源，必然会导致共信道干扰 (Co-Channel Interference, CCI)的存在，同时，各终端之间通常无法相互协作进行通信， 因此，针对多用户ΜΙΜ0系统在基站端对各用户信号进行预处理就显得至关重要，其中多用 户预编码技术就是最为有效的一种预处理技术。目前已有的各种预编码技术中，一类为基 于实时信道处理的预编码技术，如信道反转，信道块对角化等，然而发送端需要获知完全的 信道状态信息，显然，由于反馈量太大在实际系统中这类预编码技术很难实现；另外一类为 基于码本的预编码技术，具体实现方法就是将事先设计好的码本并共存于收发两端，接收 端估计出信道信息，并根据一定的准则从设计好的码本中最能代表当前信道条件的码字， 并反馈该码字在码本中对应的预编码矩阵索引号（Precoding Matrix Index, ΡΜΙ)，由于该 类技术反馈量有限，因此逐渐发展成为预编码技术的主流。
[0004] 在大规模ΜΙΜ0系统中，基于码本的预编码技术关键在于码本的设计，目前学术界 和产业界均处于初步研究阶段。由于基站采用二维UPA同时配置了交叉极化天线，因此码 本的设计不仅要同时考虑水平维度信道信息和垂直维信道信息，还需要考虑3D交叉极化 信道发送相关矩阵的对角性质。
【发明内容】
[0005] 针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种交叉极化信道空间更加 匹配，而且可有效地抑制多用户共信道干扰的基于3D交叉极化信道大规模ΜΜ0系统的码 本构造方法。本发明的技术方案如下：
[0006] -种基于3D交叉极化信道大规模ΜΜ0系统的码本构造方法，其包括以下步骤：
[0007] 101、在基站端配置NhXNv维交叉极化（-/+45° )天线的均匀面阵UPA，其中Nh为 均匀面阵UPA的水平维发射天线数，Nv为均匀面阵UPA的天线的行数，采用块对角-离散傅 里叶变换法对均匀面阵UPA进行变换产生基础码本Α 8，其中为块对角结构；
[0008] 102、然后根据步骤101中的NhXNv维交叉极化天线均匀面阵之间的相位差产生码 本^ 1，通过A%1构造采用交叉极化天线均匀线阵的信道对应的码本；
[0009] 103、最后根据垂直维天线之间的相关性，生成垂直维的导向矢量Wv，利用公式
【权利要求】
1. 一种基于3D交叉极化信道大规模MMO系统的码本构造方法，其特征在于：包括以 下步骤： 101、 在基站端配置NhXNv维交叉极化（-/+45° )天线的均匀面阵UPA，其中Nh为均匀 面阵UPA的水平维发射天线数，Nv为均匀面阵UPA的天线的行数，采用块对角-离散傅里叶 变换法对均匀面阵UPA进行变换产生基础码本W18，其中W18为块对角结构； 102、 然后根据步骤101中的NhXNv维交叉极化天线均匀面阵之间的相位差产生码本 W21,通过W1gW21构造采用交叉极化天线均匀线阵的信道对应的码本； 103、 最后根据垂直维天线之间的相关性，生成垂直维的导向矢量Wv，利用公式
产生预编码码本，并将其保存在基站端和用户端，用户端的各用户根 据当前信道状态信息CSI从设计好的预编码码本中选择使该用户获得最大信道增益的码 字，将其对应的预编码码字索引号PMI反馈到基站，基站根据PMI从相同的码本中恢复出对 应的码字，进而对不同用户数据进行预编码处理然后从基站发射出去。
2. 根据权利要求1所述的基于3D交叉极化信道大规模MIMO系统的码本构造方法，其 特征在于：步骤101中采用块对角-离散傅里叶变换法对均匀面阵UPA进行变换的具体公 式如下：
其中wg(m，n)表示预编码矩阵第m行第n列的元素，N表示接收天线数，Nh为UPA 的水平维发射天线数，G表示满秩DFT矩阵的个数，然后根据如下公式生成块对角结构码本W18，具体形式如下：
其中丨f--分别对应一组均匀分布且同极化天线形成的信道。
3. 根据权利要求1所述的基于3D交叉极化信道大规模MIMO系统的码本构造方法，其 特征在于：步骤102中对交叉极化（-/+45° )均匀线阵ULA的信道所对应的码本，根据两 组共极化天线相位差关系构造W21 :
其中ei表示第n个元素为1，其他元素均为0的Nh/2X1的向量，f表示两组共极化天 线之间的相位差。
4. 根据权利要求1所述的基于3D交叉极化信道大规模MMO系统的码本构造方法，其 特征在于：步骤103中根据垂直维天线的相关性设计导向矢量Wv的公式为：
其中V表示由垂直维天线间距引起的波程差对应的相位差。
5. 根据权利要求1所述的基于3D交叉极化信道大规模MIMO系统的码本构造方法，其 特征在于：步骤103中的用户根据信道估计得到当前信道矩阵#t<AVS<A;l，对其进行奇异 值分解
其中酉矩阵U为当前信道矩的左奇异向量矩阵，I：为当前信道矩阵 的特征值按由大到小顺序构成的矩阵，酉矩阵V为当前信道矩阵#.,的 右奇异向量矩阵，如果根据当前信道矩阵%,y选择的最优预编码码字为W= [V]i， 以又表示矩阵V的第一列，则等效信道为：
其中X-为当前信道矩阵#匕,,的最大奇异值，从上式可看出，当W=[仏时，用户 获得最大信道增益。
【文档编号】H04L1/06GK104243106SQ201410510004
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】景小荣, 吴学文, 刘利, 张祖凡, 陈前斌 申请人:重庆邮电大学