CN107332597A - 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置 - Google Patents

一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107332597A
CN107332597A CN201710414577.0A CN201710414577A CN107332597A CN 107332597 A CN107332597 A CN 107332597A CN 201710414577 A CN201710414577 A CN 201710414577A CN 107332597 A CN107332597 A CN 107332597A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mimo
active antenna
wirelessly transferred
antenna array
base station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710414577.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107332597B (zh
Inventor
唐彦波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd
Original Assignee
Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd filed Critical Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd
Priority to CN201710414577.0A priority Critical patent/CN107332597B/zh
Publication of CN107332597A publication Critical patent/CN107332597A/zh
Priority to US16/619,468 priority patent/US11025314B2/en
Priority to PCT/CN2018/089838 priority patent/WO2018223933A1/zh
Priority to EP18812714.6A priority patent/EP3637628A4/en
Application granted granted Critical
Publication of CN107332597B publication Critical patent/CN107332597B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391—Modelling the propagation channel
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/024—Co-operative use of antennas of several sites, e.g. in co-ordinated multipoint or co-operative multiple-input multiple-output [MIMO] systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
    • H04B7/043—Power distribution using best eigenmode, e.g. beam forming or beam steering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0452—Multi-user MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
    • H04B7/046—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking physical layer constraints into account
    • H04B7/0469—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting taking physical layer constraints into account taking special antenna structures, e.g. cross polarized antennas into account
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W76/00—Connection management
    • H04W76/10—Connection setup
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices
    • H04W88/085—Access point devices with remote components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/04—Interfaces between hierarchically different network devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置，所述方法包括：将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3D MIMO信道模型；当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余；通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。本发明利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO、多小区、多维度协作传输，进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗。

Description

一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置
技术领域
本发明涉及移动通讯设备技术领域，具体涉及一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置。
背景技术
随着移动互联网的快速发展，业务数据流量急剧增长，给现有无线网络带来了极大的调整压力，对于当前主流通信***（LTE，LTE-A）而言，增加***容量、降低干扰依然是最重要的发展目标。伴随着AAS（有源天线***）在3GPP（第三代合作伙伴计划，3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及***间的漫游和兼容性）的成功立项，作为无线新技术焦点之一的3D MIMO，得到了越来越多的关注。MIMO(Multiple-Input Multiple-Output, 多输入多输出***)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量，它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高***信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
当前产业界已完成AAS的样机开发，如ALU（阿尔卡特朗讯公司）的Light Radio（灵云无线，是阿尔卡特朗讯通过云技术、SOC以及天线矩阵整合的一款解决方案）和NSN（诺基亚西门子通信公司）的Liquid Radio（动态无线电），在垂直方向上增加一个天线维度逐渐成为可能。当前的MIMO/智能天线技术主要利用水平方向的空间自由度来获得多天线的增益，其实现方案已相当完善。3D MIMO技术在不改变现有天线尺寸的条件下，可以将每个垂直的天线阵子分割成多个阵子，从而开发出MIMO的另一个垂直方向的空间维度。3D MIMO将MIMO技术推向一个更高的发展阶段，为LTE传输技术性能提升开拓出了更广阔的空间，使得进一步降低小区间干扰、提高***吞吐量和频谱效率成为可能。在现有的蜂窝***当中，基站发射端波束仅能在水平维进行调整，而垂直维对每个用户都是固定的下倾角。因此各种波束赋形/预编码技术等均是基于水平维信道信息的。事实上，由于信道是3D的，固定下倾角的方法往往不能使***的吞吐量达到最优。随着小区用户数的增多，用户分布在小区内的不同区域，包括小区中心和小区边缘，使用传统的2D波束赋形只能根据水平维的信道信息进行水平方向上的区分，而不能在竖直维对用户进行区分，对***性能造成了严重的干扰。与传统的2D MIMO相比，3D MIMO是在传统2D MIMO的基础上，在竖直维上增加了一维可供利用的维度。对这一维度的信道信息加以有效利用，可以有效地抑制小区间同频用户的干扰，从而提升边缘用户乃至整个小区的平均吞吐量。通过对3D MIMO的不同利用形式来加以区分，可以大致分为小区***、3D动态波束赋形、基于3D MIMO的CoMP等。
我国作为世界宽带无线通信领域研究的重要参与国，有必要紧跟标准化进程，紧跟产业研究的新热点，抓住3D MIMO这一新技术作为突破口，启动研究工作，进行技术储备，占领先机，甚至引导行业的发展方向。
提高***覆盖与容量是IMT-Advanced(英文全称：International MobileTelecommunications-Advanced，IMT-Advanced***为具有超过IMT-2000能力的新能力的移动***，该***能够提供广泛的电信业务：由移动和固定网络支持的日益增加的基于包传输的先进的移动业务)的重要目标。
3D MIMO技术作为IMT-Advance后续演进的核心技术，以更有效、更灵活的方式来提高***及用户的性能和体验。在4G标准中，其研究的核心技术包括多用户MIMO（MU-MIMO）、多点协作传输（CoMP）等均是基于二维多入多出（2D MIMO）的基础理论来研究的。2DMIMO是指在基站端，根据用户信道信息设计的波束赋形矢量在一个方向上具有很强的分辨率，而在其垂直方向上的分辨率很弱，甚至没有分辨率。2D MIMO的特性是由无线传输***的配置所决定的，如基站端的天线单元排列是线性阵、及发射端或接收端的单个天线单元不可灵活控制等因素所造成的。虽然，基于2D MIMO的MU-MIMO及CoMP技术可以显著的提高***评价吞吐量及小区边缘的吞吐量，但是基于2D MIMO的***没有充分挖掘多天线***潜在的更大的多用户分集增益及用户间干扰、小区间干扰的抑制能力。采用3D MIMO技术，则可以使无线传输***的性能在现有的基础上再有一个很大的提高，这是由3D MIMO技术强大的功能所决定的。
3D MIMO的优点如下：如1）在干扰抑制方面：基站端可以通过设计3D预编码矩阵，形成波瓣更窄、方向性更强的波束赋形矢量，增强用户有效信道增益，抑制多用户之间的干扰，降低小区内及小区间的干扰，极大的提高用户和***的系能；在满足用户QoS（Qualityof Service，服务质量，指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术）的要求下，可极大的降低发射端的发射功率，节约能源，因此3D MIMO也是一种绿色通信技术；如2）在获得***复用增益方面：采用3D MIMO技术，设计3D预编码矩阵，可形成在两维方向上均具有很高分辨率的波束赋形矢量，可在第二维度实施虚拟的小区划分；在多用户场景下，该方案可同时为更多的用户提供服务，使***可获得更高的多用户复用增益；改善用户体验和提高***的性能；如果在多小区协作***中采用3D MIMO技术，则可以实现在更多维度上的协作传输，更多维度上资源调度，提高***性能。3D MIMO可以利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO，多小区、多维度协作传输等，是进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗的有效方式。
现有技术中无线传输***面临的主要核心问题是无法对干扰进行有效抑制，无法获得的最大的***复用增益等。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置，旨在通过生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，可在第二维度实施虚拟的小区划分，在多用户场景下同时为更多的用户提供服务，使***可获得更高的多用户复用增益，提高***的性能，实现在更多维度上的协作传输，更多维度上资源调度，利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO、多小区、多维度协作传输，进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于3D MIMO的无线传输的方法，其中，包括以下步骤：
步骤A：将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3DMIMO信道模型；
步骤B：当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余；
步骤C：通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。
所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其中，所述有源天线阵列由多个有源天线单元组合而成；所述有源天线单元包括天线单元、馈线单元和射频单元。
所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其中，所述基站通过生成3D预编码矩阵，形成窄波瓣、方向性强的波束赋形矢量，扩大用户有效信道增益，抑制多用户之间的干扰，降低小区内及小区间的干扰，降低基站和用户设备终端发射端的发射功率。
所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其中，通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，在第二维度实施虚拟的小区划分；在多用户场景下，同时为多用户提供服务，使***获得多用户复用增益。
一种基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，包括电源模块，所述装置还包括：
预先配置了有源天线阵列的2台基站，3台用户设备终端，通过对基站和用户设备终端之间的3D MIMO信道进行测量建立的3D MIMO信道模型；
所述有源天线阵列由多个有源天线单元组合而成；所述有源天线单元包括天线单元、馈线单元和射频单元；
用于满足高速通信的需求的基带处理模块；
用于完成采样滤波、同步控制、射频子板控制功能的射频模块；
用于作为基站的发送端的核心、进行预编码的预编码模块；
所述有源天线阵列、基带处理模块、射频模块以及电源模块均遵循uTCA架构设计原则，且各个模块相互之间通过PCIe接口或者Gigabit以太网接口进行信息交互。
所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，所述每台基站各配置一个8x8有源天线阵列，基站配置有源天线128套；所述3台用户设备终端上使用与基站相同的有源天线，每台用户设备终端配置一个2x1的有源天线阵列，用户设备终端共配置有源天线6套。
所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，所述基带处理模块满足各种算法的复杂度和实时性需求，所述基带处理模块按实际需要配置1-2块基带板，每块基带板上具有多片高端DSP芯片和FPGA芯片，各处理芯片之间采用高速串行接口进行数据交换，单板处理能力达300000 MMAC，所述基带板提供多个12.5Gbps的高速串口以及多个千兆以太网，满足高速通信的需求。
所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，单个有源天线的工作频宽为20MHz，最大发射功率为5W。
所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，所述DSP芯片用于在信号发送时，实现信道编码、交织/速率匹配、调制以及串并变换的功能；当在所述FPGA芯片中完成预编码，且在所述DSP芯片中完成OFDM调制和物理成帧之后，成帧后的数据再通过千兆以太接口发送给射频模块。
所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其中，所述射频模块在所述FPGA芯片中实现采样滤波功能和同步控制功能，在所述FPGA芯片和所述DSP芯片的配合下实现射频子板控制功能。
本发明公开了一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置，所述方法包括：将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3D MIMO信道模型；当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余；通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。本发明通过生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，可在第二维度实施虚拟的小区划分，在多用户场景下同时为更多的用户提供服务，使***可获得更高的多用户复用增益，提高***的性能，实现在更多维度上的协作传输，更多维度上资源调度，利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO、多小区、多维度协作传输，进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗。
附图说明
图1是本发明基于3D MIMO的无线传输的方法的较佳实施例的流程图。
图2是本发明基于3D MIMO的无线传输的装置的较佳实施例的功能原理框图。
图3是本发明基于3D MIMO的无线传输的装置中有源天线单元的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，如图1所示，一种基于3D MIMO的无线传输的方法，包括以下步骤：
步骤S100，将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3D MIMO信道模型。
具体地，所述有源天线阵列由多个有源天线单元组合而成；所述有源天线单元包括天线单元、馈线单元和射频单元。
由有源电路与天线阵列中的每一个辐射单元或子阵通道直接连接而组成的接收或者发射电磁波的***即为有源天线阵列，每个有源天线单元除了作为辐射/接收单元，辐射/接收电磁信号之外，还作为电路的一部分，具有谐波、振波、功率放大等作用；随着准光学技术、空间功率合成技术、微波单片集成电路（MMIC）日益成熟，使得有源天线阵列工作在微波、毫米波波段成为可能，在雷达、通信、电子对抗***中有着广泛的应用前景。
3D MIMO信道建模，此信道模型是在原有的MIMO建模基础上增加垂直维的仰角，使得生成的信道传输系数更符合真实的通信场，展开无线通信的发展，对***的吞吐量和速率提出了更高的要求。多输入多输出(MIMO)技术以其容量上的优势被深入研究，成为下一代通信中的关键技术，MIMO技术可以充分利用空间特性，在不增加发射功率和带宽的情况下提高***容量，而MIMO技术对容量的提升和通信的无线信道有着紧密的关系，目前对于MIMO信道模型的研究主要基于二维平面展开，对电磁波传播参数的统计测算仅集中在水平角度。
为了更精确地模拟现实中MIMO信道环境，本发明提出了3D MIMO信道建模，此信道模型是在原有的MIMO建模基础上增加垂直维的仰角，使得生成的信道传输系数更符合真实的通信场景。3D MIMO建模的方法是基于几何统计的随机模型，这和3GPP提出的SCM信道，以及欧盟的WINNERⅡ信道建模方法是相同的。
本发明提出的的3D MIMO建模是在WINNERⅡ信道的基础上进行扩充的，首先要对信道的各个参数进行统计，然后根据这些统计特性随机生成大尺度参数和小尺度参数，来计算信道传输系数；WINNERⅡ信道建模对多种场景下的水平角度都有测量和概率密度函数统计，但是对仰角很少有统计，因此本发明对仰角作出服从既定分布的假设，引入仰角的3DMIMO更为精确，同时天线响应需要重新评估，本发明中提出了由天线的水平方向图和垂直方向图拟合3D方向图的算法，3D MIMO信道中天线阵列的建模和 WINNERⅡ信道的一致，采用三个坐标系来表示电磁波的传输方向和天线的关系。在3D MIMO建模工作基础上，本发明对此建模方法下生成的3D MIMO信道进行了仿真验证，统计了信道的时域衰落特性、包络、相关性和容量，分别对各信道特性在不同参数下的结果进行对比，并结合理论分析，确保该建模方法的可靠性。同时，本发明进行了不同信道模型下预编码性能的分析，主要考虑三种线性预编码：迫零算法、块对角化算法和最大化 SLNR算法；仿真结果表明，在其他条件相同时，不同信道下的预编码性能有着一定的差别，说明了信道模型对***仿真的重要影响，再次确定了3D MIMO建模的必要性。
步骤S200，当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余。
具体地，单个有源天线的工作频宽是20MHz，可工作在700M~2.6GHz，最大发射功率为5W。多个有源天线单元的组合就构成了宽带有源天线阵列，有源天线阵列可以工作在多个不同频段上，通过垂直波束赋形，其能够提升30%的网络容量，并用最少功耗完成最大网络覆盖；此外由于每个有源天线单元是完全独立，因此当部分有源天线单元发生故障时其能够自动重新配置天线阵列来实现冗余（冗余含义是指增加重复部分，其目的是用来对原本的单一部分进行备份，以达到增强其安全性的目的，这在信息通信***当中有着较为广泛的应用），由于所有的有源天线阵列都通过CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口）接口连接到集中式基带处理，因此像ICIC（Inter Cell InterferenceCoordination，小区间干扰协调，用来解决同频组网时，小区间干扰的技术）技术完全能够被邻小区所使用来显著提升信噪比。
步骤S300，通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。
具体地，所述基站可以通过生成3D预编码矩阵，形成窄波瓣、方向性强的波束赋形矢量，扩大用户有效信道增益，抑制多用户之间的干扰，降低小区内及小区间的干扰，降低基站和用户设备终端发射端的发射功率，极大的提高用户和***的系能；在满足用户QoS的要求下，可极大的降低发射端的发射功率，节约能源，因此3D MIMO也是一种绿色通信技术。
或者通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，在第二维度实施虚拟的小区划分；在多用户场景下，同时为多用户提供服务，使***获得多用户复用增益；实现在多维度上的协作传输、多维度上资源调度，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性。如果在多小区协作***中采用3D MIMO技术，则可以实现在更多维度上的协作传输，更多维度上资源调度，提高***性能。
复用增益是指将要传送的数据分为几个数据流，然后在不同的天线上进行传输，从而提高***的传输效率。3D MIMO可以利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO，多小区、多维度协作传输等，进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗的有效方式。
本发明还提供了一种基于3D MIMO的无线传输的装置，如图2所示，所述装置包括：
预先配置了有源天线阵列10的2台基站1，3台用户设备终端2，通过对基站1和用户设备终端2之间的3D MIMO信道进行测量建立的3D MIMO信道模型；
如图3所示，所述有源天线阵列10由多个有源天线单元20组合而成；所述有源天线单元20包括天线单元21、馈线单元22和射频单元23，支持LTE（Long Term Evolution，长期演进技术，）标准；
用于满足高速通信的需求的基带处理模块3；
用于完成采样滤波、同步控制、射频子板控制功能的射频模块4；
用于作为基站的发送端的核心、进行预编码的预编码模块5；
所述有源天线阵列10、基带处理模块3、射频模块4以及电源模块6均遵循uTCA架构设计原则，且各个模块相互之间通过PCIe（PCI-Express是最新的总线和接口标准，PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能）接口或者Gigabit（Gigabit是数据存储的单位，通常用符号Gbit或Gb表示，它的换算公式：1Gb = 10的9次方 bits = 1,000,000,000 bits）以太网接口进行信息交互。
进一步地，所述每台基站1各配置一个8x8有源天线阵列10，基站1配置有源天线128套；所述3台用户设备终端2上使用与基站1相同的有源天线，每台用户设备终端配置一个2x1的有源天线阵列10，用户设备终端2共配置有源天线6套。
所述基带处理模块3满足各种算法的复杂度和实时性需求，所述基带处理模块3按实际需要配置1-2块基带板，每块基带板上具有多片高端DSP芯片和FPGA芯片，各处理芯片之间采用高速串行接口进行数据交换，单板处理能力达300000 MMAC，所述基带板提供多个12.5Gbps的高速串口以及多个千兆以太网，满足高速通信的需求。
单个有源天线的工作频宽为20MHz，最大发射功率为5W。
所述DSP芯片用于在信号发送时，实现信道编码、交织/速率匹配、调制以及串并变换的功能；当在所述FPGA芯片中完成预编码，且在所述DSP芯片中完成OFDM调制和物理成帧之后，成帧后的数据再通过千兆以太接口发送给射频模块4。
所述射频模块4在所述FPGA芯片中实现采样滤波功能和同步控制功能，在所述FPGA芯片和所述DSP芯片的配合下实现射频子板控制功能。
在发送方向上，信道编码，交织/速率匹配，调制以及串并变换等功能将选用DSP实现，考虑到DSP的处理能力，也为了避免芯片间频繁的数据交换，这些模块将作为一个整体在一块DSP中实现。预编码模块5作为发送端的核心模块，运算复杂度极高，因此预编码模块5将在FPGA中实现；预编码之后OFDM调制和物理成帧将由DSP实现，成帧后的数据再通过千兆以太接口发送给射频模块4, 射频模块4将完成采样滤波、同步控制、射频子板控制等功能。其中，射频子板控制将由FPGA和DSP配合实现，其余功能均在FPGA内实现。
在接收方向上，有源天线的射频模块4的主要功能包括：射频子板控制、自动增益控制、同步控制、定时同步、数字下变频、下采样滤波等。其中，定时同步在DSP内实现，射频子板控制由DSP和FPGA配合实现，其余模块均在FPGA内实现。物理层解帧，OFDM解调和信道估计等功能将在DSP上实现；解调和解交织功能也在DSP中实现；而信道译码模块在FPGA中实现。
在具体设计实现中，为降低开发成本，缩短开发周期，本发明利用统一的硬件***，通过不同的最新的Xilinx ZYNQ SOC（FPGA逻辑和DSP软件）来实现eNB（ENBseries，是一种对各种游戏进行3D图形修改的插件，具有增强游戏原有画质的作用，它通过修改游戏调用的渲染方程及应用附加性的effect（特效）来生效）和UE（User Experience，用户体验，是一种纯主观的在用户使用一个产品（服务）的过程中建立起来的心理感受），在软件方面，本发明利用具有面向5G基本特征的eNB和UE，并在此基础上开发3D MIMO功能及相应的业务流发送/接收功能。
在3D MIMO通信中，eNB将起到核心控制的作用， 除具有通常基站所具有的功能外，还需具有以下特点：
具有新型的3D MIMO天线；
实现有效调整垂直方向发送信号；
实现小区间新型干扰控制；
实现3D MIMO网络的无线资源管理；
实现对3D MIMO通信干扰协调和协同操作等的控制；
提供预编码功能模块。
本eNB还将提供一台控制与业务终端，选用笔记本电脑或普通桌面电脑，通过以太网接口与基带模块相连，在控制与业务终端上，需要开发试验验证平台的控制软件，作为本原型平台的一个人机接口，完成对整个原型平台的配置、控制、设备状态监视和各种性能数据的采集处理，方便各种测试验证工作。另外，控制与业务终端还将作为业务源服务器，如视频源和数据源等。
综上所述，本发明提供了一种基于3D MIMO的无线传输的方法及装置，所述方法包括：将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3D MIMO信道模型；当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余；通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。本发明通过生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，可在第二维度实施虚拟的小区划分，在多用户场景下同时为更多的用户提供服务，使***可获得更高的多用户复用增益，提高***的性能，实现在更多维度上的协作传输，更多维度上资源调度，利用基站等蜂窝网基础设施提供的服务和控制实现多用户MIMO、多小区、多维度协作传输，进一步提高网络部署灵活性，扩大覆盖范围，提升网络容量和传输效率，增强***的鲁棒性，并降低基站和终端功耗。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件（如处理器，控制器等）来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于3D MIMO的无线传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将预先配置了有源天线阵列的基站和用户设备终端建立通信连接，并建立3DMIMO信道模型；
步骤B：当所述有源天线阵列中的部分有源天线单元发生故障时，自动重新配置有源天线阵列来实现冗余；
步骤C：通过所述3D MIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，获得多用户复用增益。
2.根据权利要求1所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其特征在于，所述有源天线阵列由多个有源天线单元组合而成；所述有源天线单元包括天线单元、馈线单元和射频单元。
3.根据权利要求1所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其特征在于，所述基站通过生成3D预编码矩阵，形成窄波瓣、方向性强的波束赋形矢量，扩大用户有效信道增益，抑制多用户之间的干扰，降低小区内及小区间的干扰，降低基站和用户设备终端发射端的发射功率。
4.根据权利要求1所述的基于3D MIMO的无线传输的方法，其特征在于，通过所述3DMIMO信道模型生成3D预编码矩阵，形成在两维方向上均具有高分辨率的波束赋形矢量，在第二维度实施虚拟的小区划分；在多用户场景下，同时为多用户提供服务，使***获得多用户复用增益。
5.一种基于3D MIMO的无线传输的装置，包括电源模块，其特征在于，所述装置还包括：
预先配置了有源天线阵列的2台基站，3台用户设备终端，通过对基站和用户设备终端之间的3D MIMO信道进行测量建立的3D MIMO信道模型；
所述有源天线阵列由多个有源天线单元组合而成；所述有源天线单元包括天线单元、馈线单元和射频单元；
用于满足高速通信的需求的基带处理模块；
用于完成采样滤波、同步控制、射频子板控制功能的射频模块；
用于作为基站的发送端的核心、进行预编码的预编码模块；
所述有源天线阵列、基带处理模块、射频模块以及电源模块均遵循uTCA架构设计原则，且各个模块相互之间通过PCIe接口或者Gigabit以太网接口进行信息交互。
6.根据权利要求5所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其特征在于，所述每台基站各配置一个8x8有源天线阵列，基站配置有源天线128套；所述3台用户设备终端上使用与基站相同的有源天线，每台用户设备终端配置一个2x1的有源天线阵列，用户设备终端共配置有源天线6套。
7.根据权利要求5所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其特征在于，所述基带处理模块满足各种算法的复杂度和实时性需求，所述基带处理模块按实际需要配置1-2块基带板，每块基带板上具有多片高端DSP芯片和FPGA芯片，各处理芯片之间采用高速串行接口进行数据交换，单板处理能力达300000 MMAC，所述基带板提供多个12.5Gbps的高速串口以及多个千兆以太网，满足高速通信的需求。
8.根据权利要求6所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其特征在于，单个有源天线的工作频宽为20MHz，最大发射功率为5W。
9.根据权利要求7所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其特征在于，所述DSP芯片用于在信号发送时，实现信道编码、交织/速率匹配、调制以及串并变换的功能；当在所述FPGA芯片中完成预编码，且在所述DSP芯片中完成OFDM调制和物理成帧之后，成帧后的数据再通过千兆以太接口发送给射频模块。
10.根据权利要求9所述的基于3D MIMO的无线传输的装置，其特征在于，所述射频模块在所述FPGA芯片中实现采样滤波功能和同步控制功能，在所述FPGA芯片和所述DSP芯片的配合下实现射频子板控制功能。
CN201710414577.0A 2017-06-05 2017-06-05 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置 Active CN107332597B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710414577.0A CN107332597B (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置
US16/619,468 US11025314B2 (en) 2017-06-05 2018-06-04 3D MIMO based radio transmission method and device
PCT/CN2018/089838 WO2018223933A1 (zh) 2017-06-05 2018-06-04 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置
EP18812714.6A EP3637628A4 (en) 2017-06-05 2018-06-04 METHOD AND DEVICE FOR RADIO TRANSMISSION ON 3D MIMO BASIS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710414577.0A CN107332597B (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107332597A true CN107332597A (zh) 2017-11-07
CN107332597B CN107332597B (zh) 2021-05-28

Family

ID=60194506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710414577.0A Active CN107332597B (zh) 2017-06-05 2017-06-05 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11025314B2 (zh)
EP (1) EP3637628A4 (zh)
CN (1) CN107332597B (zh)
WO (1) WO2018223933A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018223933A1 (zh) * 2017-06-05 2018-12-13 捷开通讯(深圳)有限公司 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置
CN112910578A (zh) * 2021-02-03 2021-06-04 重庆邮电大学 一种针对毫米波3d mimo信道的路径参数提取方法
CN113036948A (zh) * 2021-05-27 2021-06-25 荣耀终端有限公司 充电控制方法和装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111710008B (zh) * 2020-05-29 2023-07-11 北京百度网讯科技有限公司 人流密度的生成方法、装置、电子设备以及存储介质
CN112511199B (zh) * 2020-11-10 2022-04-08 河海大学 一种低复杂度3d_mimo相关信道快速生成方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103684700A (zh) * 2013-12-31 2014-03-26 重庆邮电大学 一种基于正交联合码本集的3d mu-mimo预编码方法
CN104160774A (zh) * 2012-03-08 2014-11-19 阿尔卡特朗讯 使用有源天线阵列的虚拟扇区化
CN104270820A (zh) * 2014-08-04 2015-01-07 西安交通大学 3d大规模mimo***中联合的垂直波束控制及功率分配方法
CN105072689A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 西安电子科技大学 基于有源天线阵列模型的多播***无线资源优化分配方法
CN105322994A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 上海贝尔股份有限公司 一种进行3d波束成形的方法、装置和***
US20160143055A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Signaling adapted csi-rs periodicities in active antenna systems

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140976A (en) * 1999-09-07 2000-10-31 Motorola, Inc. Method and apparatus for mitigating array antenna performance degradation caused by element failure
CN1107358C (zh) * 2000-02-24 2003-04-30 ***电信科学技术研究院 分布式智能天线***
US10264478B2 (en) * 2011-12-16 2019-04-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus to enhance reliability in millimeter wave wideband communications
KR102109655B1 (ko) * 2012-02-23 2020-05-12 한국전자통신연구원 대규모 안테나 시스템에서의 다중 입력 다중 출력 통신 방법
CN103716132B (zh) * 2012-09-28 2018-08-17 中兴通讯股份有限公司 一种下行控制信息的处理装置及方法
EP3042456A4 (en) * 2013-09-05 2017-07-12 Intel Corporation Adaptive sectorization of a spational region for parallel multi-user transmissions
JP6414216B2 (ja) * 2014-06-30 2018-10-31 日本電気株式会社 無線通信システム及び無線通信方法
US20160277091A1 (en) 2015-03-22 2016-09-22 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for transmitting feedback of single feedback chain-based channel status information for 3d mimo in a wireless communication system
CN106301490B (zh) * 2015-05-15 2021-08-13 索尼公司 无线通信***以及无线通信***中的装置和方法
CN109964436B (zh) * 2016-04-20 2022-01-14 康维达无线有限责任公司 可配置的参考信号
CN107332597B (zh) 2017-06-05 2021-05-28 惠州Tcl移动通信有限公司 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104160774A (zh) * 2012-03-08 2014-11-19 阿尔卡特朗讯 使用有源天线阵列的虚拟扇区化
CN103684700A (zh) * 2013-12-31 2014-03-26 重庆邮电大学 一种基于正交联合码本集的3d mu-mimo预编码方法
CN104270820A (zh) * 2014-08-04 2015-01-07 西安交通大学 3d大规模mimo***中联合的垂直波束控制及功率分配方法
CN105322994A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 上海贝尔股份有限公司 一种进行3d波束成形的方法、装置和***
US20160143055A1 (en) * 2014-11-18 2016-05-19 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Signaling adapted csi-rs periodicities in active antenna systems
CN105072689A (zh) * 2015-08-31 2015-11-18 西安电子科技大学 基于有源天线阵列模型的多播***无线资源优化分配方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018223933A1 (zh) * 2017-06-05 2018-12-13 捷开通讯(深圳)有限公司 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置
US11025314B2 (en) 2017-06-05 2021-06-01 JRD Communication (Shenzhen) Ltd. 3D MIMO based radio transmission method and device
CN112910578A (zh) * 2021-02-03 2021-06-04 重庆邮电大学 一种针对毫米波3d mimo信道的路径参数提取方法
CN112910578B (zh) * 2021-02-03 2022-09-09 重庆邮电大学 一种针对毫米波3d mimo信道的路径参数提取方法
CN113036948A (zh) * 2021-05-27 2021-06-25 荣耀终端有限公司 充电控制方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200162136A1 (en) 2020-05-21
EP3637628A1 (en) 2020-04-15
US11025314B2 (en) 2021-06-01
CN107332597B (zh) 2021-05-28
EP3637628A4 (en) 2021-05-19
WO2018223933A1 (zh) 2018-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jijo et al. A comprehensive survey of 5G mm-wave technology design challenges
Wang et al. Millimeter wave communication: A comprehensive survey
Alsharif et al. Evolution towards fifth generation (5G) wireless networks: Current trends and challenges in the deployment of millimetre wave, massive MIMO, and small cells
Sakaguchi et al. Millimeter-wave evolution for 5G cellular networks
Wang et al. Challenges of system-level simulations and performance evaluation for 5G wireless networks
Jang et al. Smart small cell with hybrid beamforming for 5G: Theoretical feasibility and prototype results
CN107332597A (zh) 一种基于3d mimo的无线传输的方法及装置
Dahrouj et al. Resource allocation in heterogeneous cloud radio access networks: advances and challenges
CN107070581B (zh) 一种干扰消除方法以及基站
Huq et al. 3D network modeling for THz-enabled ultra-fast dense networks: A 6G perspective
CN108063660A (zh) 电子设备、无线通信方法以及介质
Yang et al. DISCO: Interference-aware distributed cooperation with incentive mechanism for 5G heterogeneous ultra-dense networks
CN108141260A (zh) 人工相互耦合的天线阵列
CN107171709B (zh) 一种应用于聚集用户场景下的大规模mimo***预编码方法
Wang et al. Performance modeling and analysis of base station cooperation for cellular-connected UAV networks
US8976888B2 (en) Method for uplink multi-user cooperation communication
CN109004968A (zh) 异构网中能效最优时参数值的确定方法及装置
Zhou et al. Joint radio resource allocation for decoupled control and data planes in densely deployed coordinated WLANs
Rowell et al. Practical large scale antenna systems for 5G cellular networks
CN113595599B (zh) 面向5g的群簇协作通信异构***和干扰抑制的方法
Assasa et al. High fidelity simulation of IEEE 802.11 ad in ns-3 using a quasi-deterministic channel model
CN110113817A (zh) 一种基站、用户设备中的用于无线通信的方法和装置
Benni et al. Enhancement of data transmission using optimized multi-cell approach in 5G backhaul wireless mesh network
CN106788860B (zh) 一种分层异构多小区mimo***干扰消除方法及装置
Zhihong et al. Review on strategic technology of dense connection for the future mobile network [J]

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant