基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，属于无线通信领域。
【背景技术】
[0002]MIMO技术通过充分利用空间分集和空间复用可以显著提高系统容量和传输可靠性，已经被IEEE的802.16m、3GPP的LTE-Advanced等许多无线宽带标准采用，在未来也将成为5G移动通信系统的核心技术。为了充分发挥多天线系统的性能，发射预编码技术近年来获得了广泛关注。对于MIMO系统的发射预编码，发射端需要知道信道信息，一般采用基于码本的有限反馈技术，在高信噪比时，影响系统性能的主要因素是信道信息的量化误差，因此需要研究高分辨率的信道信息量化技术。为了实现高分辨率的信道信息量化以往大多是采用大尺寸的码本，但是这往往不能满足实际无线通信系统对于低数字存储、快速搜索的要求。传统的预编码研究工作主要集中在块衰落信道模型下无记忆功能的有限反馈预编码，码本的设计也主要是针对独立同分布的Rayleigh衰落信道，信道的主右奇异矩阵均匀分布在单位复超球面上。因为独立同分布信道的信道信息分布不会随时间发生改变，Grassmannian线性堆栈码本是这种信道条件下接近最优的预编码码本。但是对于时域相关信道，如果给定当前信道的信道信息，下一时刻的信道的主右奇异矩阵将不再服从复超球面上的均匀分布，它将有很高的概率落在当前信道的主右奇异矩阵的临近区域。因此时域相关信道的最优预编码码本将不再是均匀分布的Grassmannian线性堆栈码本。
[0003]传统的无记忆功能的有限反馈预编码方案虽然设计简单、易于分析，但是由于没有考虑终端的移动性给实际传输的无线信道带来的记忆性，无法实时地跟踪具有时域相关性的时变信道，获得准确的时变信道信息，影响了发射预编码的性能。针对这个问题，近年有一些研究者也开始考虑时变信道下存在反馈延迟的发射预编码的设计，提出基于Grassmann i an流形的信道预测算法。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，为了解决MMO有限反馈系统下发射预编码存在反馈延迟的问题，在现有技术的基础上，通过分析时域相关Rayleigh衰落信道的分布特点，将MMO时变信道建模于Grassmannian流形上，本发明提供一种基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006]本发明提供一种基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，具体步骤如下:
[0007]步骤I，对时变平坦衰落的有限反馈M頂O系统，ΜΜ0时变信道在Grassmannian流形上的建模；
[0008]步骤2，设计Gras smann ian流形切空间上的高分辨率动态聚焦码本；
[0009]步骤3，将步骤2中的高分辨率动态聚焦码本作为有限反馈码本，对MIMO时变信道在收、发端进行量化预测。
[00?0]作为本发明的进一步优化方案，步骤I中MIMO时变信道在Grassmannian流形上的建模，具体为:由微分流形理论中Gras smann i an流形的定义，将多数据流空间复用传输的MIMO信道的主右奇异矩阵的列空间建模于η维复欧氏空间上P维子空间的集合Grassmannian 流形 Gn, P上。
[0011 ] 作为本发明的进一步优化方案，步骤2中设计Grassmannian流形切空间上的高分辨率动态聚焦码本，包括两个步骤:1)ΜΙΜ0时变信道下切空间码本的动态聚焦;2)切空间码本张角孔径的自适应跟踪。
[0012]作为本发明的进一步优化方案，步骤3中对MIMO时变信道在收、发端进行量化预测，具体为:首先对接收端进行真实预测;然后对收、发端同步进行量化预测。
[0013]作为本发明的进一步优化方案，MBTO系统为时变平坦衰落的有限反馈MBTO系统。
[0014]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0015]I)本发明提出的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，相比采用固定码本的信道预测算法有很明显的性能增益，在强相关信道下，弦距离的均方误差大约可以减小20dB;
[0016]2)本发明提出的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，随着信道相关性的提高，其系统容量也随之提高;在归一化多普勒频率时，本发明提出的信道预测算法相比无信道预测的有限反馈大约可以获得1.8bps/Hz的容量增益；
[0017]3)本发明充分利用时变信道的时域相关性，系统性能明显优于存在反馈延迟的无记忆有限反馈预编码和采用固定码本的有限反馈预测预编码。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码的系统框图。
【具体实施方式】
[0019]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0020]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。[0021 ]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
[0022]图1表示一个基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码的MMO无线通信系统。
[0023]本发明提供一种基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，具体步骤如下:
[0024]步骤I，对时变平坦衰落的有限反馈M頂O系统，ΜΜ0时变信道在Grassmannian流形上的建模，具体为:
[0025]由微分流形理论中Gras smann ian流形的定义，将多数据流空间复用传输的MIMO信道的主右奇异矩阵的列空间建模于η维复欧氏空间上P维子空间的集合Gr a s smann i an流形Gn, P上；
[0026 ] 步骤2，设计Gr a s smann i an流形切空间上的高分辨率动态聚焦码本，包括两个步骤:1 )M頂O时变信道下切空间码本的动态聚焦;2)切空间码本张角孔径的自适应跟踪；
[0027]步骤3，将步骤2中的高分辨率动态聚焦码本作为有限反馈码本，对MMO时变信道在收、发端进行量化预测，具体为:首先对接收端进行真实预测;然后对收、发端同步进行量化预测。
[0028]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤I，MIMO时变信道在Grassmannian流形上的建模； 步骤2，设计Gras smann i an流形切空间上的高分辨率动态聚焦码本； 步骤3，将步骤2中的高分辨率动态聚焦码本作为有限反馈码本，对MIMO时变信道在收、发端进行量化预测。2.根据权利要求1所述的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，其特征在于，MIMO时变信道在Grassmannian流形上的建模，具体为:由微分流形理论中Grassmanni an流形的定义，将多数据流空间复用传输的MIMO信道的主右奇异矩阵的列空间建模于η维复欧氏空间上P维子空间的集合Grassmannian流形Gn, P上。3.根据权利要求1所述的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，其特征在于，步骤2中设计Grassmannian流形切空间上的高分辨率动态聚焦码本，包括两个步骤:1)ΜΠΚ)时变信道下切空间码本的动态聚焦;2)切空间码本张角孔径的自适应跟踪。4.根据权利要求1所述的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，其特征在于，步骤3中对MMO时变信道在收、发端进行量化预测，具体为:首先对接收端进行真实预测;然后对收、发端同步进行量化预测。5.根据权利要求1所述的基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，其特征在于，M頂O系统为时变平坦衰落的有限反馈M頂O系统。
【专利摘要】本发明公开了一种基于高分辨率动态聚焦码本的有限反馈预测预编码方法，该有限反馈预测预编码方法在Grassmannian流形上利用低维度的切空间上的高分辨率动态聚焦码本作为有限反馈码本，对MIMO时变信道在收、发两端进行量化预测。本发明充分利用时变信道的时域相关性，系统性能明显优于存在反馈延迟的无记忆有限反馈预编码和采用固定码本的有限反馈预测预编码。
【IPC分类】H04B7/04
【公开号】CN105515622
【申请号】CN201510833734
【发明人】李汀
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月25日