[发明专利]3D MIMO信道下基于非均匀分割的垂直维码本设计方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种3DMIMO信道下基于非均匀分割的垂直维码本设计方法。

背景技术

近年来，随着手机、平板等智能终端的广泛普及，移动数据业务量呈现爆炸式增长，而现有的无线通信系统已经逐渐不能满足如此庞大的业务需求。因此，学术界和产业界相继展开了针对第五代移动通信技术(5^thGeneration,5G)的研究。而大规模MIMO(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术作为5G的候选关键技术之一，相比现有的第四代移动通信技术(4^thGeneration,4G)技术，由于其能够非常显著地提升通信系统的频谱效率和能量效率，目前已成为国内外研究的热点。

相比传统MIMO，大规模MIMO天线数目的急剧增加，使基站获得更为精确的波束控制能力，同时抑制了无线通信系统带来的干扰，可提供巨大的小区内及小区边缘用户的干扰抑制增益。然而随着天线数目增多带来的实际天线阵列面积迅速增大，这给基站的选址以及天线阵列的安装带来了严峻挑战。目前，基于平面阵列、圆形阵列和立方体等多种天线结构展开而形成的大规模3D-MIMO(ThreeDimensional-MultipleInputMultipleOutput，3D-MIMO)，不仅减少天线阵列占用空间，而且额外带来的垂直维自由度使其更加灵活地进行干扰协调和干扰抑制，从而使整个系统性能提升。

大规模MIMO技术与多用户相结合所形成的大规模多用户MIMO(MultiuserMIMO,MU-MIMO)，可进一步利用空间自由度大幅地提升系统的吞吐量和频谱效率。而预编码是MU-MIMO系统的关键技术，可利用信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)调整发射策略，从而有效地抑制多用户干扰和提高接收信噪比。脏纸编码(DirtyPaperCoding，DPC)证明，若发送端能够准确的获知干扰信号，则在发送端通过某种预编码处理，可使得有干扰系统的信道容量与无干扰系统的信道容量相同。由于DPC理论很难应用到实际MIMO系统中，一些次优预编码技术应运而生。一类是基于实时信道处理的预编码技术，如信道反转，信道块对角化等，需要发送端获知完全的信道状态信息。然而，在大规模MIMO系统中天线数目巨大，发射端若想要获得完全CSI，反馈代价太大而将无法实现。另一类是基于码本的预编码技术，基站端和用户端共存一个相同的码本，用户端依据CSI选择一个最优码字，并将其索引反馈回基站，基站端通过码字索引恢复最优码字，并进行预编码处理。由于仅仅反馈了最优码字索引，从而大幅地缩减了反馈量，在MIMO系统得到广泛应用。现有的基于码本的预编码技术的码本构造有基于DFT的酉矩阵码本，根据格拉斯曼空间打包原理构成的格拉斯曼码本，以及Householder码本等。酉矩阵码本在强相关信道下性能较好，但码本大小有限；格拉斯曼码本抑制干扰的能力不足；Householder码本在相关信道下性能还有待改善。然而，这些码本都没有充分利用大规模3D-MIMO信道特点，不能较好匹配大规模3D-MIMO信道，所以在大规模3D-MIMO信道下，预编码码本需要进一步优化设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3DMIMO(ThreeDimensional-MultipleInputMultipleOutput，3D-MIMO)信道下基于非均匀分割的垂直维码本设计方法，在该方法中，首先，基站采用均匀平面阵列天线以生成大规模3D-MIMO信道；然后根据旋转DFT公式生成G个满秩DFT酉矩阵构成水平维码本F^(h)；然后由基站高度和小区半径等信息计算出垂直维波束下倾角概率分布，进而基于非均匀分割获得若干离散的波束角度，并生成相应的码字矢量，构造出垂直维码本F^(v)；最后联合水平维码本和垂直维码本，并利用Kronecker积构造面向3D-MIMO的预编码码本。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种3DMIMO信道下基于非均匀分割的垂直维码本设计方法，包括以下步骤：

步骤一：基于非均匀分割构造垂直维码本F^(v)；

步骤二：构造水平维码本F^(h)，采用离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)码本，进而利用Kronecker积运算构造面向3D-MIMO信道的预编码码本F^3D。

进一步，所述步骤一具体包括：