CN107370527A - 一种大规模mimo预编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO预编码方法及装置。其中，该大规模MIMO预编码方法，包括：构造预编码矩阵W为表示宽带或长期信道特性的第一码本矩阵W1与表示窄带或短期信道特性的第二码本矩阵W2的乘积，所述第一码本矩阵为：
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO预编码方法及装置。
背景技术
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术的实施将依赖于对于信道状态信息(CSI)的利用，为了通过在发送端进行预编码来提高***传输性能，发送端需要获知信道状态信息(Channel Statement Information，CSI)，而信道状态信息CSI通常由接收端利用参考序列进行信道估计得到，这通常需要接收端信道状态信息CSI并将其反馈给发送端，用于在发送端计算合适的预编码或者波束成形参数。然而，CSI反馈信道的有限性决定了预编码码本的设计是必要的。为了减少反馈量，在关于高秩与低秩的情况提出了一种由两层组成的双码本W＝W1*W2的预编码方法，W1与W2分别是长期预编码矩阵(即，利用信道状态信息的长期统计计算的预编码矩阵)与短期预编码矩阵(即，利用信道状态信息的短期统计计算的预编码矩阵)。
信道的长期统计特性主要取决于信道的信道相关性，而信道相关性受天线阵列布局的影响。在传统的多天线***下(天线元数目较少)，天线阵列布局通常采用线性的天线阵列布局，如均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)；但是，在大规模天线***下(天线元数目很多)，由于空间上的约束，天线阵列布局更倾向于采用平面的天线阵列布局，如均匀矩形阵列(Uniform Rectangle Array，URA)。然而，目前大多数的双码本都是针对线性的天线阵列布局设计的，这样对于平面的天线阵列布局，这些双码本就无法很好地刻画信道的长期统计特性，从而对***预编码性能有较大的影响。
尽管在现有技术中提出了基于双码本的预编码方案，比如现有的LTE R8***是基于镜像变换Householder设计的4天线码本与LTE R10***基于双码本设计的8天线码本，主要针对水平向天线设计，没有考虑垂直向天线的自由度，在空间资源的自由度并没有被充分利用，尤其是在垂直域的空间资源没有被充分利用，因而在多个用户分布于同一建筑物的不同楼层的情况下，这些方案难以支持多用户传输，直接用于AAS基站天线部署时，***性能将严重下降。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种大规模MIMO预编码方法及装置，应用于4GLTE、LTE-A及5G IMT-2020移动通信***eMBB中，利用包括支持垂直方向与水平方向量化的预编码矩阵，可以充分利用有源天线***垂直方向的自由度，从而提高CSI反馈的精度和***吞吐量。
第一方面，本发明提出了一种大规模MIMO预编码方法，包括：
依据3D MU-MIMO信道模型水平维与垂直维信道相位信息将信道向量分解为水平维向量与垂直维向量；
构造预编码矩阵W为表示宽带或长期信道特性的第一码本矩阵W1与表示窄带或短期信道特性的第二码本矩阵W2的乘积，所述第一码本矩阵为：
其中，Λ、RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V是对角矩阵，DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V的各列为离散傅里叶变换DFT向量的半正定矩阵；
将3D MU-MIMO***的水平码本集合与垂直码本集合同时储存于发射端与接收端，发射端根据获得信道状态信息CSI将接收端从水平、垂直两个维度进行分组得到多个水平接收端组与多个垂直接收端组，然后分别每个水平接收端组与垂直接收端组两两取交集得到多个备选的可选调度接收端集合，发射端再从多个备选的可选调度接收端集合中选出接收端信道质量信息CQI之和最大的一组作为最终调度的接收端用于下行传输。
优选地，所述Λ、DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V是固定的单位矩阵，RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的比特数是可调整的。
优选地，当所述3D MU-MIMO***的发送天线为四天线且仅传输一个码字时，所述信道独立预编码传输为一层传输，或者为一个码字使用两层进行重传传输。
优选地，当所述3D MU-MIMO***的发送天线为为八天线且仅传输一个码字时，所述信道独立预编码传输为一层或二层传输，或者为两个码字使用四层或八层传输。
优选地，所述第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的各列在[0，2π]相位区间内均匀分布的离散傅里叶变换DFT向量中选取。
优选地，所述第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的各列所组成的波束组子集之间是相邻重叠的。
优选地，当所述预编码矩阵W集合中的矩阵多于一个时，对不同的子载波轮流按照正序使用所述预编码矩阵W集合中的矩阵对数据进行预编码。
优选地，所述预编码矩阵W对于至少一个等级指数RI，所述第二码本矩阵W2的每个码字在第二码本矩阵W2的所有其他码字上由每层至少两个波束选择向量区分。
优选地，所述第二码本矩阵W2满足相移键控QPSK的{1，-1，j，-j}特性、恒模特性与正交特性，并用于选择第一码本矩阵W1中的列向量从而构成矩阵W。
第二方面，本发明提出了一种大规模MIMO预编码装置，包括：
发送器，用于向接收设备发送参考信号；
接收器，用于接收所述接收设备发送的预编码矩阵指示PMI；
确定器，用于根据所述PMI确定所述接收设备基于参考信号使用根据本发明第一方面中任一项所述的大规模MIMO预编码方法构造所述预编码矩阵W。
本发明的有益效果：本发明的一种大规模MIMO预编码方法及装置，利用包括支持垂直方向与水平方向量化的预编码矩阵，可以充分利用有源天线***垂直方向的自由度，解决了4G LTE、LTE-A及5G IMT-2020移动通信***eMBB中的CSI反馈的精度与***吞吐量的问题。
附图说明
用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明大规模MIMO预编码方法一实施例流程示意图。
图2是本发明大规模MIMO预编码装置一实施例结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
在发送器处设置具有垂直与水平极化的交叉极化阵列趋于导致良好分离的发送通道，这对于多流MIMO发送具有吸引力。因为分块对角结构预编码矩阵的使用与分块对角信道矩阵的分块对角结构匹配，所以利用分块对角结构的预编码是合适的。从这点看，一般使用的+/-45度交叉极化阵列因为发送来自垂直极化和水平极化两者上的两个不同极化混合，则信道矩阵很可能不再如使用了水平和垂直极化那样是分块对角的了，这潜在地增加了流间干扰，并由此损害MIMO性能，因而被认为不具有吸引力。由此，对于+/-45度交叉极化情况来说，分块对角预编码矩阵结构不是最佳的，但其设置在现有部署中是非常普通的。
在这情况下，预编码矩阵乘积结构是有益的，因为它涉及将预编码矩阵分解成两个矩阵的乘积，导致具有成为分块对角的趋势的新生成信道。因为有效地获取分块对角虚拟信道，所以现在可以使用乘积结构中的分块对角预编码矩阵W1来匹配其特征。
如图1所示，本发明的一实施例提出了一种预编码矩阵的构造方法，包括：
依据3D MU-MIMO信道模型水平维与垂直维信道相位信息将信道向量分解为水平维向量与垂直维向量；
构造预编码矩阵W为表示宽带或长期信道特性的第一码本矩阵W1与表示窄带或短期信道特性的第二码本矩阵W2的乘积W＝W1*W2。
对于位于同一建筑的不同楼层的用户终端UE，传统的两维MIMO有时不能在空间上将它们区分，从而导致它们往往不能够同时用同一时频资源调度，即不能够采用MU-MIMO。
将3D MU-MIMO***的水平码本集合与垂直码本集合同时储存于发射端与接收端，发射端根据获得信道状态信息CSI将接收端从水平、垂直两个维度进行分组得到多个水平接收端组与多个垂直接收端组，然后分别每个水平接收端组与垂直接收端组两两取交集得到多个备选的可选调度接收端集合，发射端再从多个备选的可选调度接收端集合中选出接收端信道质量信息CQI之和最大的一组作为最终调度的接收端用于下行传输。
当3D MU-MIMO***的发送天线为四天线且仅传输一个码字时，信道独立预编码传输为一层传输，或者为一个码字使用两层进行重传传输；当3D MU-MIMO***的发送天线为为八天线且仅传输一个码字时，信道独立预编码传输为一层或二层传输，或者为两个码字使用四层或八层传输。
当预编码矩阵W集合中的矩阵多于一个时，对不同的子载波轮流按照正序使用预编码矩阵W集合中的矩阵对数据进行预编码。
基于共相与选择W2的设计遵循用于R10版本8Tx码本设计的结构，共相允许在两个极化组之间进行相位调节并根据两个块对角矩阵生成DFT向量。由于W2表示窄带或短期信道特性的码本矩阵，反馈周期比较短，因而过分地依赖于W2进行共相调节，不利于反馈开销。
预编码矩阵W对于至少一个等级指数RI，第二码本矩阵W2的每个码字在第二码本矩阵W2的所有其他码字上由每层至少两个波束选择向量区分。其中，第二码本矩阵W2满足相移键控QPSK的{1，-1，j，-j}特性、恒模特性与正交特性，并用于选择第一码本矩阵W1中的列向量从而构成矩阵W。
本实施例，在发送器处的水平方向有对双极化天线，在垂直方向有对双极化天线，它们共同构成双极化均匀平面天线阵列，在空间上可以区分不同的UE。那么，第一码本矩阵其中，Λ、RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V是对角矩阵，DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V的各列为离散傅里叶变换DFT向量的半正定矩阵，很好地与天线阵列响应的向量形式相匹配。
其中，Λ、DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V是固定的单位矩阵，RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的比特数是可调整的。
本实施例，W1表示宽带或长期信道特性的码本矩阵，W2表示窄带或短期信道特性的码本矩阵。W2可以用于选择矩阵W1中的列向量从而构成矩阵W，或者用于线性加权组合矩阵W1中的列向量从而构成矩阵W。波束组的选择操作允许波束角在相同子带内的资源块(RB)上的细化或调整，从而使频率选择性预编码增益最大，而相位调节的功能主要由来W1承担，有效地解决了短期码本反馈开销较高的问题。
在实现中，为保证每个波束向量组内边缘波束的选择精确性，相邻波束向量直接通常有一定的交叠。波束角的重叠对于减少“边缘效应”可以是有利的，即当使用子带预编码或CSI反馈时，确保公用W1矩阵能更好被选择用于相同预编码子带内的不同资源块(RB)。
第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的各列在[0，2π]相位区间内均匀分布的离散傅里叶变换DFT向量中选取。并且，第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的各列所组成的波束组子集之间是相邻重叠的。
如图2所示，本发明的一实施例提出了一种大规模MIMO预编码装置及其相应的工作原理，具体如下：
首先，发送设备的发送器向接收设备发送参考信号；
然后，发送设备的接收器接收接收设备发送的预编码矩阵指示PMI；
最后，发送设备的确定器根据PMI确定接收设备基于参考信号构造第一码本矩阵W1、第二码本矩阵W2，并将第一码本矩阵W1与第二码本矩阵W2相乘，乘积即为构造的预编码矩阵W。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种大规模MIMO预编码方法，其特征在于，包括：
依据3D MU-MIMO信道模型水平维与垂直维信道相位信息将信道向量分解为水平维向量与垂直维向量；
构造预编码矩阵W为表示宽带或长期信道特性的第一码本矩阵W1与表示窄带或短期信道特性的第二码本矩阵W2的乘积，所述第一码本矩阵为：
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其中，Λ、RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V是对角矩阵，DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V的各列为离散傅里叶变换DFT向量的半正定矩阵；
将3D MU-MIMO***的水平码本集合与垂直码本集合同时储存于发射端与接收端，发射端根据获得信道状态信息CSI将接收端从水平、垂直两个维度进行分组得到多个水平接收端组与多个垂直接收端组，然后分别每个水平接收端组与垂直接收端组两两取交集得到多个备选的可选调度接收端集合，发射端再从多个备选的可选调度接收端集合中选出接收端信道质量信息CQI之和最大的一组作为最终调度的接收端用于下行传输。
2.根据权利要求1所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述Λ、DCLA,H、DCLA,V、DULA,H、DULA,V是固定的单位矩阵，RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的比特数是可调整的。
3.根据权利要求1所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，当所述3D MU-MIMO***的发送天线为四天线且仅传输一个码字时，所述信道独立预编码传输为一层传输，或者为一个码字使用两层进行重传传输。
4.根据权利要求1所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，当所述3D MU-MIMO***的发送天线为为八天线且仅传输一个码字时，所述信道独立预编码传输为一层传输，或者为两个码字使用四层或八层传输。
5.根据权利要求1所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、RCLA,V、RULA,H、RULA,V的各列在[0，2π]相位区间内均匀分布的离散傅里叶变换DFT向量中选取。
6.根据权利要求1所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述第一码本矩阵W1中的矩阵RCLA,H、PCLA,V、RULA,H、PULA,V的各列所组成的波束组子集之间是相邻重叠的。
7.根据权利要求1-6任一所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，当所述预编码矩阵W集合中的矩阵多于一个时，对不同的子载波轮流按照正序使用所述预编码矩阵W集合中的矩阵对数据进行预编码。
8.根据权利要求7所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述预编码矩阵W对于至少一个等级指数RI，所述第二码本矩阵W2的每个码字在第二码本矩阵W2的所有其他码字上由每层至少两个波束选择向量区分。
9.根据权利要求7所述的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述第二码本矩阵W2满足相移键控QPSK的{1，-1，j，-j}特性、恒模特性与正交特性，并用于选择第一码本矩阵W1中的列向量从而构成矩阵W。
10.一种大规模MIMO预编码装置，其特征在于，包括：
发送器，用于向接收设备发送参考信号；
接收器，用于接收所述接收设备发送的预编码矩阵指示PMI；
确定器，用于根据所述PMI确定所述接收设备基于参考信号使用根据权利要求1-9中任一项所述的大规模MIMO预编码方法构造所述预编码矩阵W。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109314563A (zh) * | 2018-02-24 | 2019-02-05 | 香港应用科技研究院有限公司 | 用于确定多输入/多输出(mimo)无线通信***中的信道状态信息(csi)的方法和装置 |
| CN111934733A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-13 | Oppo广东移动通信有限公司 | 一种确定测试预编码矩阵的方法、装置、终端和存储介质 |
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| CN109314563B (zh) * | 2018-02-24 | 2021-08-31 | 香港应用科技研究院有限公司 | 用于确定mimo无线通信***中的csi的方法和装置 |
| CN111934733A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-13 | Oppo广东移动通信有限公司 | 一种确定测试预编码矩阵的方法、装置、终端和存储介质 |
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