[发明专利]空间相关性与分簇相结合的3DMIMO有限反馈开销降低方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，涉及移动通信长期演进（LTE-Advanced)技术领域。

背景技术

在无线移动通信中，需要下一代4G通信系统能够提供更高的数据速率和更好的服务质量。为了提高系统容量和频谱效率，诺西、阿朗、DOCOMO、高通及沃达丰等公司成立了ARTIST4G工作组，专门研究4G系统的先进无线接口技术(Advanced Radio Interface TechnologIes for4G SysTems，ARTIST4G)，其中，3D多天线技术是提高系统容量和频谱效率的关键技术，引起了业界的深度重视。3D MIMO和传统的2D MIMO相比，3D MIMO在竖直维上增加了一维可供利用的维度，在基站端采用2D阵列天线结构。这样，有效的提高了水平维和垂直维的频谱效率。

在3D MIMO有限反馈系统中，通过构造一发送端和接收端共知的水平维和垂直维码本，接收端利用水平维和垂直维信道状态信息（CSI），根据某种优化准则在预先设计好的码本中选择最优预编码矩阵，然后分别将水平维和垂直维PMI反馈给发送端，发送端根据接收到的水平维和垂直维PMI，进行某种运算处理，最终形成3D预编码矩阵，这就是3D MIMO系统中基于码本的有限反馈基本原理。

在有限反馈系统中，由于上行反馈链路带宽有限，而3D MIMO在竖直维上增加一维可供利用的维度，这样，反馈开销将会比2D MIMO有所增加，因此，对于如何有效地减少3D MIMO的反馈开销成为3D MIMO技术能否商用化的关键。

发明内容

鉴于上述的技术问题，本发明提出一种空间相关性与分簇相结合的3D MIMO有限反馈开销降低方法，只要在相干距离内，对垂直维信道进行分簇，这样，不仅可以有效降低反馈开销，而且系统性能损失不大。

在空间多径衰落信道中，空间相关性对系统的性能影响很大，影响空间相关性的强弱主要有两个因素：天线间隔和角度扩展(AS)的大小。角度扩展固定时，天线间隔越大，相关性越小，天线间隔越小，则相关性越大。一般情况下，可用相干距离D_c来衡量天线间的相关性，相干距离一般取相关系数为0.5时的值，天线间隔小于相干距离，则认为天线之间相关，天线间隔大于相干距离，则认为天线之间不相关。为此，可利用空间相关性来提高3D MIMO系统的频谱效率。

一种空间相关性与分簇相结合的3D MIMO有限反馈开销降低方法，其主要实现步骤如下：

步骤1：基站端采用N*M天线阵列，接收端采用均匀线阵，分别对3D MIMO的水平维和垂直维进行反馈。由于垂直维信道具有相同的水平相位，因此，水平维信道根据信噪比最大化准则，水平维选择最大信噪比时的一个最优预编码矩阵，记录对应的最优预编码矩阵索引PMI（水平维PMI）；

步骤2：在相干距离内将垂直维信道进行分簇，每个簇根据误码率最小化准则，垂直维选择一个误码率最小时的最优预编码矩阵，记录对应的最优预编码矩阵索引PMI（垂直维PMI）；

步骤3：对水平维PMI和垂直维PMI分别增加一个辅助比特，并将其反馈给基站端；

步骤4：基站端根据水平维和垂直维反馈的PMI，恢复水平维和垂直维最优预编码矩阵，进而分别对其进行扩展，然后将扩展后的矩阵采用点乘运算，得到3D预编码矩阵；

3D MIMO的垂直维和水平维均采用独立的有限反馈机制。在反馈PMI时，需要增加辅助比特，以区别垂直维和水平维。基站端根据接收到水平维和 垂直维PMI，通过解码，在码本集合中找出相应的水平维和垂直维预编码矩阵，并进行扩展。

根据公式：选择垂直维信道的第k个簇的最优预编码矩阵，其中表示第i个垂直维信道信息，Ω＝{w₁,w₂,...w_s...w_S}表示码本集合，p表示发射天线总功率，N₀表示噪声功率。在水平维PMI前增加比特0，将其反馈给基站端。将m个垂直维信道分为一簇，在垂直维PMI前增加比特1，将其反馈给基站端。当基站端采用8*8的天线阵列，接收端采用2根天线，基站端的相干距离为2.2λ，可将4个垂直维信道分为一个簇。