一种用于3d mimo的旋转dft码本的选取方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通讯网络领域，具体是一种用于3D MIMO的旋转DFT码本的选取方 法。
【背景技术】
[0002] 随着4G LTE网络服务正在全球范围内扩大，下一代移动通信(5G)已经成为研究的 热点。众多研究者加紧了对5G的需求和关键技术的研究。其中作为关键技术之一的大规模 MIMO无线传输技术将有可能使频谱效率和功率效率在4G的基础上再提升一个量级。大规模 MIMO的核屯、思想就是在基站端和用户端配置大量的天线来提升系统的频谱效率。
[0003] MIMO技术的核屯、就是预编码，根据预编码矩阵获得的位置不同可分为基于非码本 的预编码和基于码本的预编码。在基站端使用大规模MIMO技术就是要通过在基站端配置几 十根甚至几百根的天线来实现MIMO的增益。但是由于受到天线阵列尺寸和使用波段的限 审IJ，基站端不能采用传统MIMO的线性天线阵列。因此在大规模MIMO系统中天线阵列大多配 置成半波长间距的均匀平板阵列，此时大规模MIMO也称为3D MIM0。小距离的天线阵列会带 来信道的强相关性，因此采用秩为1的预编码可W为系统带来更大的增益。目前3D MIMO码 本的设计成为大规模MIMO预编码中的研究热点。现有的研究基本上都是基于DFT码本来设 计3D MIMO码本。但是DFT码本存在码本个数受限的缺点，因此改进的旋转DFT码本更适合3D MIMO的码本设计。离线设计的旋转DFT码本同时保存于基站端和用户端。用户端通过码本选 取将最优的码本向量索引反馈给基站端。基站端根据码本索引形成预编码矩阵进行预编 码。但是随着码本数量的增多，用户端的码本捜索复杂度增加，从而增加了用户端的设计要 求。因此降低用户端的捜索复杂度对于拥有有限处理能力的用户端来说十分必要。
[0004] 对用户端码本选取方法进行研究的文献《A LOW-COM化EXITY GROUPING FFT-BA沈D C0DEB00K SEARCHING ALGORITHM IN LTE SYSTEM》".H丄in,C.Z.Zhan,C.Y.Chu, A.Y.Wu.A Low-Complexity Grouping FFT-Based Codebook Searching Algorithm in LTE System[J]. Signal Processing Systems(SiPS),2012IEEE Workshop on,2012,pp: 161-166.)针对化useholder码本提出了一种新的码本捜索方法。该方法应用码本矩阵之间 的相关特性和FFT模型减少了捜索过程中计算矩阵转置和矩阵乘法的次数。在不损失性能 的同时降低了最优码本的捜索复杂度。但是化useholder码本并不适合大规模MIMO的情况。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于3D MIMO的旋转DFT码本的选取方 法。首先基站端和用户端存储着同一个码本，然后用户端根据信道信息选择码本中的一个 向量，并将运个向量的编号反馈给基站端，最后基站端根据收到的编号找出用户选择的所 述向量，然后生成最终预编码向量。该选取方法降低了用户端的筛选的复杂程度，同时保证 了系统性能的可靠性，克服了现有技术化useholder码本不适合大规模MIMO情况的缺陷。
[0006] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种用于3D MIMO的旋转DFT码本的 选取方法，其特征在于包括W下步骤：
[0007] 第一步，采用已有公知方法离线生成用于3D MIMO的旋转DFT码本后，用户端将预 存的水平维旋转DFT码本集合和垂直维旋转DFT码本集合分别进行如下分组：
[0008] 1)计算水平维所有生成的码本集合的第一个矩阵中的第1，2,…，化/2列与所有 DFT矩阵中的码本向量的距离，并根据系统对用户端捜索复杂度和系统性能的要求进行分 组;在分组的过程中，分组的数目越少捜索复杂度越小，但是组内对应列的最大距离会随之 增大，导致系统性能损失变大;相反，分组的数目越多捜索复杂度越大，但是组内对应列的 最大距离会随之减小，系统性能损失变小;分组过程中按矩阵的顺序分组，不打乱矩阵的排 列顺序；
[0009] 其中Nh是基站端天线阵列水平维天线个数；
[0010] 2)计算垂直维所有生成的码本集合的第一个矩阵中的第1，2,…，Nv/2列与所有 DFT矩阵中的码本向量的距离，并根据系统对用户端捜索复杂度和系统性能的要求进行分 组;在分组的过程中，分组的数目越少捜索复杂度越小，但是组内对应列的最大距离会随之 增大，导致系统性能损失变大;相反，分组的数目越多捜索复杂度越大，但是组内对应列的 最大距离会随之减小，系统性能损失变小;分组过程中按矩阵的顺序分组，不打乱矩阵的排 列顺序；
[0011] 其中Nv是基站端天线阵列垂直维天线个数；
[0012] 第二步，分组选取出组内的水平维最优码本向量，并得到水平维最终最优码本向 量：
[0013] 1)在水平维DFT码本集合Qi分组后的每组第一个矩阵中选出该矩阵中的一个最 优码本向量，分别记其所在列数为il，i2,…，in;然后每组分别比较本组所有矩阵的第i列， 并得出本组的最优码本向量jl，j2，…，jn ;所述i = il，i2，? ? ?，in表示本组第一个矩阵中最优 码本向量所在的列；
[0014] 2)比较每组得到的最优码本向量jlj2,…Jn,得到最终的一个水平维最优码本向 量Wh,并将该水平维最优码本向量索引（PMIh)反馈给基站端；
[0015] 第=步，分组选取出组内的垂直维最优码本向量，并得到垂直维最终最优码本向 量：
[0016] 1)在垂直维DFT码本集合Q 2分组后的每组第一个矩阵中选出该矩阵中的一个最 优码本向量，分别记所在列数为il，i2,…，in;然后每组分别比较本组所有矩阵的第i列，并 得出本组的最优码本向量jlj2,…Jn;所述i = il，i2,…，in表示本组第一个矩阵中最优码 本向量所在的列；
[0017] 2)比较每组得到的最优码本向量jlj2,…，jn得到最终的一个垂直维最优码本向 量Wv,并将该垂直维最优码本向量索引（PM^)反馈给基站端；
[001引第四步，得到最终的3D MIMO码本向量：
[0019] 基站端根据用户反馈的水平维最优码本向量索引（PMIh)和垂直维最优码本向量 索引（PM^)找出水平维最优码本向量和垂直维最优码本向量，并将水平维最优码本向量和 垂直维的最优码本向量进行点乘得到最终的预编码向量W。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0021] 本发明方法的突出的实质性特点是：
[0022] 本发明方法是针对3D MIMO的旋转DFT码本，应用于用户端最优码本捜索的一项发 明。可W通过如图2所示的3D MIMO系统下行链路预编码系统模型和如图3、4所示的旋转DFT 码本的特性来显示该方法的实质性特点。为方便理解，先对设及到的3D MIMO系统模型、码 本特性和选取方法原理简要介绍如下：
[0023] (1)本发明方法所采用的是大规模MIMO下行链路预编码系统模型，具体描述如图2 所示。基站端输入的码字流q经过调制后生成复调制符号d(i)，之后进行层映射，即把调制 后的符号映射到层x(i)上传输，再进行预编码操作，即把层映射之后的复调制符号映射到 相应的虚拟天线端口的资源上的向量块y(i)上。其中q为未经过信道编码的伪随机序列，X (i)表示层映射之后的数据，y(i)表示预编码之后的数据。调制方式采用QPSK，即正交相移 键控，层映射的层数为1。预编码方式采用基于旋转DFT码本的预编码。基站端采用Nt = Nth* Ntv的均匀平板天线阵列发射，之后发送信号经过WIN肥R 2信道、加高斯白噪声之后被接收 端接收，然后进行信道估计