一種用于3d mimo的旋轉dft碼本的選取方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無線通訊網絡領域，具體是一種用于3D MIMO的旋轉DFT碼本的選取方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著4G LTE網絡服務正在全球范圍內擴大，下一代移動通信(5G)已經成為研究的 熱點。眾多研究者加緊了對5G的需求和關鍵技術的研究。其中作為關鍵技術之一的大規模 MIMO無線傳輸技術將有可能使頻譜效率和功率效率在4G的基礎上再提升一個量級。大規模 MIMO的核屯、思想就是在基站端和用戶端配置大量的天線來提升系統的頻譜效率。
[0003] MIMO技術的核屯、就是預編碼，根據預編碼矩陣獲得的位置不同可分為基于非碼本 的預編碼和基于碼本的預編碼。在基站端使用大規模MIMO技術就是要通過在基站端配置幾 十根甚至幾百根的天線來實現MIMO的增益。但是由于受到天線陣列尺寸和使用波段的限 審IJ，基站端不能采用傳統MIMO的線性天線陣列。因此在大規模MIMO系統中天線陣列大多配 置成半波長間距的均勻平板陣列，此時大規模MIMO也稱為3D MIM0。小距離的天線陣列會帶 來信道的強相關性，因此采用秩為1的預編碼可W為系統帶來更大的增益。目前3D MIMO碼 本的設計成為大規模MIMO預編碼中的研究熱點。現有的研究基本上都是基于DFT碼本來設 計3D MIMO碼本。但是DFT碼本存在碼本個數受限的缺點，因此改進的旋轉DFT碼本更適合3D MIMO的碼本設計。離線設計的旋轉DFT碼本同時保存于基站端和用戶端。用戶端通過碼本選 取將最優的碼本向量索引反饋給基站端。基站端根據碼本索引形成預編碼矩陣進行預編 碼。但是隨著碼本數量的增多，用戶端的碼本捜索復雜度增加，從而增加了用戶端的設計要 求。因此降低用戶端的捜索復雜度對于擁有有限處理能力的用戶端來說十分必要。
[0004] 對用戶端碼本選取方法進行研究的文獻《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.)針對化useholder碼本提出了一種新的碼本捜索方法。該方法應用碼本矩陣之間 的相關特性和FFT模型減少了捜索過程中計算矩陣轉置和矩陣乘法的次數。在不損失性能 的同時降低了最優碼本的捜索復雜度。但是化useholder碼本并不適合大規模MIMO的情況。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于3D MIMO的旋轉DFT碼本的選取方 法。首先基站端和用戶端存儲著同一個碼本，然后用戶端根據信道信息選擇碼本中的一個 向量，并將運個向量的編號反饋給基站端，最后基站端根據收到的編號找出用戶選擇的所 述向量，然后生成最終預編碼向量。該選取方法降低了用戶端的篩選的復雜程度，同時保證 了系統性能的可靠性，克服了現有技術化useholder碼本不適合大規模MIMO情況的缺陷。
[0006] 本發明解決該技術問題所采用的技術方案是:一種用于3D MIMO的旋轉DFT碼本的 選取方法，其特征在于包括W下步驟：
[0007] 第一步，采用已有公知方法離線生成用于3D MIMO的旋轉DFT碼本后，用戶端將預 存的水平維旋轉DFT碼本集合和垂直維旋轉DFT碼本集合分別進行如下分組：
[0008] 1)計算水平維所有生成的碼本集合的第一個矩陣中的第1，2,…，化/2列與所有 DFT矩陣中的碼本向量的距離，并根據系統對用戶端捜索復雜度和系統性能的要求進行分 組;在分組的過程中，分組的數目越少捜索復雜度越小，但是組內對應列的最大距離會隨之 增大，導致系統性能損失變大;相反，分組的數目越多捜索復雜度越大，但是組內對應列的 最大距離會隨之減小，系統性能損失變小;分組過程中按矩陣的順序分組，不打亂矩陣的排 列順序；
[0009] 其中Nh是基站端天線陣列水平維天線個數；
[0010] 2)計算垂直維所有生成的碼本集合的第一個矩陣中的第1，2,…，Nv/2列與所有 DFT矩陣中的碼本向量的距離，并根據系統對用戶端捜索復雜度和系統性能的要求進行分 組;在分組的過程中，分組的數目越少捜索復雜度越小，但是組內對應列的最大距離會隨之 增大，導致系統性能損失變大;相反，分組的數目越多捜索復雜度越大，但是組內對應列的 最大距離會隨之減小，系統性能損失變小;分組過程中按矩陣的順序分組，不打亂矩陣的排 列順序；
[0011] 其中Nv是基站端天線陣列垂直維天線個數；
[0012] 第二步，分組選取出組內的水平維最優碼本向量，并得到水平維最終最優碼本向 量：
[0013] 1)在水平維DFT碼本集合Qi分組后的每組第一個矩陣中選出該矩陣中的一個最 優碼本向量，分別記其所在列數為il，i2,…，in;然后每組分別比較本組所有矩陣的第i列， 并得出本組的最優碼本向量jl，j2，…，jn ;所述i = il，i2，? ? ?，in表示本組第一個矩陣中最優 碼本向量所在的列；
[0014] 2)比較每組得到的最優碼本向量jlj2,…Jn,得到最終的一個水平維最優碼本向 量Wh,并將該水平維最優碼本向量索引（PMIh)反饋給基站端；
[0015] 第=步，分組選取出組內的垂直維最優碼本向量，并得到垂直維最終最優碼本向 量：
[0016] 1)在垂直維DFT碼本集合Q 2分組后的每組第一個矩陣中選出該矩陣中的一個最 優碼本向量，分別記所在列數為il，i2,…，in;然后每組分別比較本組所有矩陣的第i列，并 得出本組的最優碼本向量jlj2,…Jn;所述i = il，i2,…，in表示本組第一個矩陣中最優碼 本向量所在的列；
[0017] 2)比較每組得到的最優碼本向量jlj2,…，jn得到最終的一個垂直維最優碼本向 量Wv,并將該垂直維最優碼本向量索引（PM^)反饋給基站端；
[001引第四步，得到最終的3D MIMO碼本向量：
[0019] 基站端根據用戶反饋的水平維最優碼本向量索引（PMIh)和垂直維最優碼本向量 索引（PM^)找出水平維最優碼本向量和垂直維最優碼本向量，并將水平維最優碼本向量和 垂直維的最優碼本向量進行點乘得到最終的預編碼向量W。
[0020] 與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
[0021] 本發明方法的突出的實質性特點是：
[0022] 本發明方法是針對3D MIMO的旋轉DFT碼本，應用于用戶端最優碼本捜索的一項發 明。可W通過如圖2所示的3D MIMO系統下行鏈路預編碼系統模型和如圖3、4所示的旋轉DFT 碼本的特性來顯示該方法的實質性特點。為方便理解，先對設及到的3D MIMO系統模型、碼 本特性和選取方法原理簡要介紹如下：
[0023] (1)本發明方法所采用的是大規模MIMO下行鏈路預編碼系統模型，具體描述如圖2 所示。基站端輸入的碼字流q經過調制后生成復調制符號d(i)，之后進行層映射，即把調制 后的符號映射到層x(i)上傳輸，再進行預編碼操作，即把層映射之后的復調制符號映射到 相應的虛擬天線端口的資源上的向量塊y(i)上。其中q為未經過信道編碼的偽隨機序列，X (i)表示層映射之后的數據，y(i)表示預編碼之后的數據。調制方式采用QPSK，即正交相移 鍵控，層映射的層數為1。預編碼方式采用基于旋轉DFT碼本的預編碼。基站端采用Nt = Nth* Ntv的均勻平板天線陣列發射，之后發送信號經過WIN肥R 2信道、加高斯白噪聲之后被接收 端接收，然后進行信道估計