[發明專利]空間相關性與分簇相結合的3DMIMO有限反饋開銷降低方法

有效

• 申請號: 201410088067.5
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103873197B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 景小榮;劉利;張祖凡;陳前斌
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16;H04W72/12;H04B7/0413
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，涉及移動通信長期演進（LTE-Advanced)技術領域。

背景技術

在無線移動通信中，需要下一代4G通信系統能夠提供更高的數據速率和更好的服務質量。為了提高系統容量和頻譜效率，諾西、阿朗、DOCOMO、高通及沃達豐等公司成立了ARTIST4G工作組，專門研究4G系統的先進無線接口技術(Advanced Radio Interface TechnologIes for4G SysTems，ARTIST4G)，其中，3D多天線技術是提高系統容量和頻譜效率的關鍵技術，引起了業界的深度重視。3D MIMO和傳統的2D MIMO相比，3D MIMO在豎直維上增加了一維可供利用的維度，在基站端采用2D陣列天線結構。這樣，有效的提高了水平維和垂直維的頻譜效率。

在3D MIMO有限反饋系統中，通過構造一發送端和接收端共知的水平維和垂直維碼本，接收端利用水平維和垂直維信道狀態信息（CSI），根據某種優化準則在預先設計好的碼本中選擇最優預編碼矩陣，然后分別將水平維和垂直維PMI反饋給發送端，發送端根據接收到的水平維和垂直維PMI，進行某種運算處理，最終形成3D預編碼矩陣，這就是3D MIMO系統中基于碼本的有限反饋基本原理。

在有限反饋系統中，由于上行反饋鏈路帶寬有限，而3D MIMO在豎直維上增加一維可供利用的維度，這樣，反饋開銷將會比2D MIMO有所增加，因此，對于如何有效地減少3D MIMO的反饋開銷成為3D MIMO技術能否商用化的關鍵。

發明內容

鑒于上述的技術問題，本發明提出一種空間相關性與分簇相結合的3D MIMO有限反饋開銷降低方法，只要在相干距離內，對垂直維信道進行分簇，這樣，不僅可以有效降低反饋開銷，而且系統性能損失不大。

在空間多徑衰落信道中，空間相關性對系統的性能影響很大，影響空間相關性的強弱主要有兩個因素：天線間隔和角度擴展(AS)的大小。角度擴展固定時，天線間隔越大，相關性越小，天線間隔越小，則相關性越大。一般情況下，可用相干距離D_c來衡量天線間的相關性，相干距離一般取相關系數為0.5時的值，天線間隔小于相干距離，則認為天線之間相關，天線間隔大于相干距離，則認為天線之間不相關。為此，可利用空間相關性來提高3D MIMO系統的頻譜效率。

一種空間相關性與分簇相結合的3D MIMO有限反饋開銷降低方法，其主要實現步驟如下：

步驟1：基站端采用N*M天線陣列，接收端采用均勻線陣，分別對3D MIMO的水平維和垂直維進行反饋。由于垂直維信道具有相同的水平相位，因此，水平維信道根據信噪比最大化準則，水平維選擇最大信噪比時的一個最優預編碼矩陣，記錄對應的最優預編碼矩陣索引PMI（水平維PMI）；

步驟2：在相干距離內將垂直維信道進行分簇，每個簇根據誤碼率最小化準則，垂直維選擇一個誤碼率最小時的最優預編碼矩陣，記錄對應的最優預編碼矩陣索引PMI（垂直維PMI）；

步驟3：對水平維PMI和垂直維PMI分別增加一個輔助比特，并將其反饋給基站端；

步驟4：基站端根據水平維和垂直維反饋的PMI，恢復水平維和垂直維最優預編碼矩陣，進而分別對其進行擴展，然后將擴展后的矩陣采用點乘運算，得到3D預編碼矩陣；

3D MIMO的垂直維和水平維均采用獨立的有限反饋機制。在反饋PMI時，需要增加輔助比特，以區別垂直維和水平維。基站端根據接收到水平維和 垂直維PMI，通過解碼，在碼本集合中找出相應的水平維和垂直維預編碼矩陣，并進行擴展。

根據公式：選擇垂直維信道的第k個簇的最優預編碼矩陣，其中表示第i個垂直維信道信息，Ω＝{w₁,w₂,...w_s...w_S}表示碼本集合，p表示發射天線總功率，N₀表示噪聲功率。在水平維PMI前增加比特0，將其反饋給基站端。將m個垂直維信道分為一簇，在垂直維PMI前增加比特1，將其反饋給基站端。當基站端采用8*8的天線陣列，接收端采用2根天線，基站端的相干距離為2.2λ，可將4個垂直維信道分為一個簇。