一種適用于3d mimo系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于3D?MIMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，在3D?MIMO系統(tǒng)中，基站采用有源天線陣列系統(tǒng)，接收端接收信號后，對信號進行信道估計，得到三維信道矩陣，然后根據(jù)信道中垂直方向的相關(guān)性強于水平方向相關(guān)性的特點，針對三維信道矩陣首先設(shè)計垂直預(yù)編碼矩陣，然后對三維信道矩陣進行垂直方向上的合并，繼而設(shè)計水平預(yù)編碼矩陣，最后將兩個預(yù)編碼矩陣合并反饋到基站端。本發(fā)明的有益之處在于：充分利用了信道中的垂直和水平狀態(tài)信息，相對于直接對三維信道矩陣進行奇異值分解得到預(yù)編碼矩陣的方法，在復(fù)雜度上大大降低，性能卻沒有下降，而且更有利于進一步的碼本設(shè)計及有限反饋，對系統(tǒng)性能有極大的提升。
【專利說明】—種適用于3D MIMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)編碼方法，具體涉及一種適用于3D MMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)當(dāng)中，基站發(fā)射端波束僅能在水平維進行調(diào)整，而垂直維對每個用戶都是固定的下傾角。而在現(xiàn)實生活中，隨著用戶數(shù)的增多，以及小區(qū)半徑的不斷減小，使得信道垂直維度上的信息越來越重要，傳統(tǒng)的預(yù)編碼方法無法從垂直維上對用戶進行區(qū)分，對系統(tǒng)性能造成了嚴(yán)重的干擾。
[0003]隨著有源天線陣列系統(tǒng)(AAS)的不斷發(fā)展，基站天線可以在不改變天線尺寸的條件下，將每根天線在垂直維度上分成若干個可以獨立調(diào)整權(quán)值的陣子，從而促進了 3D MIMO技術(shù)的發(fā)展。3D MMO技術(shù)增加了垂直方向上的自由度，為LTE傳輸技術(shù)性能提升開拓出了更廣闊的空間，使得進一步降低小區(qū)間干擾、提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率成為可能。
[0004]但是，傳統(tǒng)的預(yù)編碼方法都是基于水平維度的信道信息進行設(shè)計的，無法直接應(yīng)用于3D MMO系統(tǒng)中，因此，設(shè)計適用于3D MMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法成為了 3D MMO技術(shù)研究中的一個重點。
[0005]在現(xiàn)有的3D MIMO技術(shù)研究中，學(xué)者們通常采用以下方法實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提升:
[0006]1、通過對基站天線的下傾角進行動態(tài)調(diào)整，在垂直方向上進行小區(qū)分裂，對于不同垂直方向上的用戶采用不同的天線下傾角進行對準(zhǔn)，而水平方向上則采用傳統(tǒng)的預(yù)編碼方法。這種方法可以有效減少用戶的反饋，并獲得一定的性能提升。但是由于不能準(zhǔn)確的對準(zhǔn)每個用戶，使得該方法在性能上提升不大。
[0007]2、對信道分別求出水平和垂直波束形成向量，并通過克羅內(nèi)克乘積的方法將得到的水平和垂直波束形成向量合并成一個新的波束形成向量。這種方法可以得到比方法I更大的性能增益，但是仍不能完善的反饋信道信息，且只能應(yīng)用于單流的傳輸系統(tǒng)中，即每次只能發(fā)送一個信號流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效降低信道狀態(tài)信息的反饋量、顯著提升3D MMO系統(tǒng)的整體性能的雙層預(yù)編碼方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一種適用于3D MIMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011](I)假設(shè)基站每一行有Nt個水平天線陣子，每一列有隊個垂直天線陣子，并且每一個天線陣子的權(quán)值和相位能夠動態(tài)調(diào)整，基站每次發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)為L，L<min(Nr, NtXNv)，前述基站采用有源天線陣列系統(tǒng)，天線陣列為均勻平面陣，假設(shè)接收端有隊根接收天線；
[0012](2)接收端接收基站發(fā)送的信號后，對信號的信道狀態(tài)信息進行估計，得到三維信道矩陣H:
[0013]

【權(quán)利要求】
1.一種適用于3D MMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)假設(shè)基站每一行有Nt個水平天線陣子，每一列有Nv個垂直天線陣子，并且每一個天線陣子的權(quán)值和相位能夠動態(tài)調(diào)整，基站每次發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)為L，L<min(Nr, NtXNv)，所述基站采用有源天線陣列系統(tǒng)，天線陣列為均勻平面陣，假設(shè)接收端有隊根接收天線； (2)接收端接收基站發(fā)送的信號后，對信號的信道狀態(tài)信息進行估計，得到三維信道矩陣H:
所述三維信道矩陣H的大小為NrX (NtXNv)； (3)根據(jù)三維信道矩陣H設(shè)計垂直預(yù)編碼矩陣Wv:
所述垂直預(yù)編碼矩陣Wv的大小為(NtXNv) XNt ； (4)通過垂直預(yù)編碼矩陣Wv對原三維信道矩陣H進行垂直方向上的合并，得到等效的信道矩陣H一:
Hequai = HXWv, 所述信道矩陣Hraiual的大小為NrXNt ; (5)根據(jù)等效的信道矩陣Hraiual以及基站一次傳遞的數(shù)據(jù)個數(shù)L，設(shè)計水平預(yù)編碼矩陣Wh =
Wj1 [Vi，...，Vl] 所述水平預(yù)編碼矩陣Wh的大小為NtXL ; (6)接收端將得到的垂直預(yù)編碼矩陣Wv和水平預(yù)編碼矩陣Wh反饋給基站，基站對垂直預(yù)編碼矩陣Wv和水平預(yù)編碼矩陣Wh進行合并，得到最終的適用于3D MIMO的預(yù)編碼矩陣W:
W = whxwv。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于3DMMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，其特征在于，在步驟(3)中，根據(jù)三維信道矩陣H設(shè)計垂直預(yù)編碼矩陣Wv的過程為: ①將三維信道矩陣H重寫為以下形式:
Hi為基站第i列天線與接收天線所對應(yīng)的子信道矩陣，大小為NRXNv ；②對于每一個子信道矩陣Hi,對其進行奇異值分解:
Hi = UiSiVi' 其中Ui和Vi為酉矩陣，Si為對角矩陣，Vi11是對矩陣Vi的共軛轉(zhuǎn)置； 取右奇異矩陣Vi的第一列為該子信道矩陣Hi的垂直預(yù)編碼向量Vi ； ③將步驟②中所得到的Nt個向量Vi寫成以下形式:
其中，O為NvX I的零向量，由此可得到大小為(NtXNv) XNt的垂直預(yù)編碼矩陣Wv:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于3D MMO系統(tǒng)的雙層預(yù)編碼方法，其特征在于，在步驟(5)中，根據(jù)等效的信道矩陣Hraiual以及基站一次傳遞的數(shù)據(jù)個數(shù)L，設(shè)計水平預(yù)編碼矩陣Wh的過程為: 對等效的信道矩陣Hraiual進行奇異值分解，得到=Hraiual = USVh, 其中，酉矩陣V寫成下面形式:
V — [ν?，ν2，...，vNt]， 當(dāng)基站每次傳遞的數(shù)據(jù)個數(shù)為L時，選取右奇異矩陣V的前L列向量作為水平預(yù)編碼矩陣\:
Wh — [V1,...，Vl] ο
【文檔編號】H04B7/06GK104184690SQ201410446185
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】李勇朝, 王偉, 劉燦, 馬克, 井文文, 張海林 申請人:西安電子科技大學(xué)