本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及一種將csi-rs端口和預編碼結(jié)合的多流傳輸方法。

背景技術：

mimo作為lte-a系統(tǒng)中下行物理層的核心技術，在發(fā)射端和接收端同時配置多根天線，可以有效地提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜效率。然而，mimo受到基站天線配置的限制，只能實現(xiàn)空間分布水平平面上的信號控制?，F(xiàn)如今，通過使用有源天線系統(tǒng)(activeantennasystem，aas)，均勻矩形陣列(uniformrectangulararray，ura)天線結(jié)構(gòu)能夠自適應地控制天線的水平維和垂直維。2012年，第三代合作伙伴計劃(3-rdgenerationpartnershipproject,3gpp)正式提出研究3dmimo技術。簡單來說，基于二維結(jié)構(gòu)的3dmimo天線陣列技術可以充分利用垂直維的空間自由度，這將有助于減少用戶之間的干擾和提高系統(tǒng)性能。

在頻分雙工(frequencydivisiondual，fdd)系統(tǒng)中，用戶使用不同的頻帶向基站反饋下行鏈路信道信息。lte-a系統(tǒng)在rel-10版本中引入了csi-rs(channelstateinformation-referencesignals)的概念，csi-rs是一種下行公共導頻信號，用戶可以利用csi-rs來估計信道狀態(tài)信息?；径藶閏si-rs的使用提供了最多8個端口，用戶需要根據(jù)csi-rs的測量值，計算并反饋最優(yōu)的預編碼矩陣索引(precodingmatrixindicator，pmi)，信道質(zhì)量索引(channelqualityindicator，cqi)和秩索引(rankindicator，ri)。如果直接將這種反饋機制進行擴展以支持3d天線陣列，天線數(shù)量增加的同時還要利用信道空間的垂直維，如果再為每根發(fā)送天線分配獨立的csi-rs端口，這樣不僅會受到有效csi-rs端口個數(shù)的限制還會增加系統(tǒng)的反饋開銷。因此，如何更高效地利用csi-rs直接決定了系統(tǒng)的容量和反饋開銷。

為了提升3dmimo系統(tǒng)的性能，現(xiàn)有預編碼技術通常采用下述方法

(1)基于csi-rs設計的預編碼方法，垂直方向上，發(fā)送端使用了多個csi-rs資源，每個csi-rs資源由一個垂直波束向量進行賦形，這些垂直波束向量分別對應不同的垂直區(qū)域。也就是說，為不同的垂直區(qū)域分別配置不同的csi-rs垂直波束向量。接收端可以充分的利用垂直信道信息并且將準確的3dcqi反饋給發(fā)送端。

(2)獨立的csi-rs設計預編碼方法，即用兩個一維陣列結(jié)構(gòu)分別測量水平csi和垂直csi?；径耸褂脙深恈si-rs端口，第一步，將天線陣列虛擬等效成一列天線端口，對其中每一行的天線元素用wh進行加權(quán)。第二步，將天線陣列虛擬等效成一行天線端口，對其中每一列的天線元素用wv進行加權(quán)。反饋時分別反饋兩組獨立的csi，基站端根據(jù)反饋的csi，利用克羅克內(nèi)積得出聯(lián)合預編碼矩陣。

(3)將csi-rs端口的設計和基于克羅內(nèi)克積的預編碼相結(jié)合的方法，在水平方向上虛擬等效為多個csi-rs邏輯端口，垂直方向上虛擬等效成一個csi-rs邏輯端口，但是提供多個垂直波束來選擇。

上述方法利用垂直信道信息可以區(qū)分相同水平方向不同高度的用戶，而垂直方向上的數(shù)據(jù)流等效成一路，但這樣并不能充分利用垂直信道信息。同時，也不能使信道容量達到最優(yōu)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對3dmimo系統(tǒng)如何在水平維和垂直維同時實現(xiàn)多流傳輸?shù)膯栴}，提出了一種將csi-rs端口的設計和基于克羅內(nèi)克積的預編碼相結(jié)合的多流傳輸方案。

為此目的，本發(fā)明采用的技術方案為3dmimo系統(tǒng)中一種基于csi-rs端口的多流傳輸方法，具體包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建3dmimo系統(tǒng)模型

在3dmimo下行鏈路系統(tǒng)中，用戶接收到的信號為：y＝h3dw3dx+n，式中，h3d是基站到用戶之間的3d信道矩陣，w3d是維數(shù)為mn×ns的3dmimo預編碼矩陣；

步驟2：基于winnerii信道模型設計

從發(fā)送天線元素s到簇n的接收天線元素u的3d信道矩陣元素為h，發(fā)送端到接收端3d信道矩陣示為h3d；

步驟3：利用克羅內(nèi)克積設計3d碼本

根據(jù)3d信道水平方向信息設計水平dft碼本wh,根據(jù)3d信道垂直方向信息設計垂直動態(tài)dft碼本wv,利用克羅內(nèi)克積構(gòu)造3d預編碼碼本；

步驟4：基于csi-rs的3dmimo預編碼的理論進行推導

根據(jù)信道相關矩陣推導出3d預編碼w3d設計方案：

步驟5：基于csi-rs設計垂直維多流傳輸方案

首先，對信道矩陣h3d進行水平方向分組，水平方向虛擬等效為其次，對不同水平分組進行垂直預編碼wv，最后，對水平方向元素進行預編碼wh；

步驟6：反饋最優(yōu)預編碼矩陣

在接收端，對于垂直方向進行選取最優(yōu)預編碼矩陣wv，對于水平方向進行選取最優(yōu)預編碼矩陣wh,每一路數(shù)據(jù)反饋所對應的pmi。

進一步，上述步驟1中，考慮單用戶下行場景，基站配置均勻平面矩陣陣列，m根水平方向天線，其水平天線之間距離為dh；n根垂直方向天線，其垂直天線之間距離為dv；發(fā)送天線數(shù)目為m×n,在接收端，采用nr根接收天線，信道矩陣h的維度為nr×(mn)，等效成水平方向可以寫為:h＝[h1,h2,...,hm]，其中hi的維數(shù)為nr×n。

上述步驟3中，利用克羅內(nèi)克積3d預編碼碼本w3d的構(gòu)造，包括如下步驟：

3.1，水平方向碼本為：

其中，水平方向dft碼字為：

nh表示水平碼本中的碼字個數(shù)和表示第nh個水平碼字；

3.2，垂直方向碼本為：

其中，垂直方向dft碼字為：

nv表示垂直碼本中的碼字個數(shù)和表示第nv個垂直碼字；

3.3，3d碼本可以表示為:

其中，表示克羅內(nèi)克積。wh為水平方向碼本，wv為垂直方向碼本。

上述步驟4中，所述信道相關矩陣可以表示為：假設天線的水平域和垂直域是相互獨立的，其中，rh為水平方向的信道相關矩陣，rv為垂直方向的信道相關矩陣，根據(jù)克羅內(nèi)克積的特征向量的定理，rh的第l個特征向量是一個m×1的向量rv的第k個特征向量是一個n×1的向量則是r的特征向量，即：

上述步驟5中，假設只有一根接收天線的情況下，信道矩陣h3d可以表示為：將信道矩陣在垂直方向上均勻等效成p組，首先考慮信道矩陣的水平維，3d信道矩陣水平方向虛擬等效為：其次考慮信道矩陣的垂直維，垂直方向上矩陣元素采用動態(tài)dft預編碼加權(quán)因子進行加權(quán)，其中0為波長，0為垂直方向俯仰角，第一組垂直方向加權(quán)向量為wv1，同樣，第p組垂直方向加權(quán)向量為wvp，因此，經(jīng)過垂直預編碼后的水平方向等效信道矩陣可寫成：

式中，wv＝[wv1,wv2,...,wvp]，wv為垂直方向預編碼矩陣，維數(shù)為：m×p，

最后，對heqh進行水平方向預編碼，經(jīng)過水平方向預編碼后的3d等效信道矩陣為:

wh為水平方向預編碼矩陣，維數(shù)為：n/p×pm。

上述步驟6中，接收端對于每一路垂直數(shù)據(jù)流，用戶可以根據(jù)最大信道容量準則選取出垂直預編碼矩陣：同樣，根據(jù)最大信道容量準則選取出水平預編碼矩陣：其中“cap(·)”表示信道容量函數(shù)，c^h，c^v是水平碼本和垂直碼本，反饋時，每一路垂直數(shù)據(jù)流分別反饋所對應的pmi，水平方向選取信道容量最大的pmi反饋給發(fā)送端。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)可以實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)流的復用，充分利用垂直信道信息，可以更好地提高信道容量。

(2)可以根據(jù)垂直方向不同的需要調(diào)整垂直方向上的多路復用數(shù)，這樣可以更好的區(qū)分相同水平方向不同垂直方向上的用戶。

(3)相比較現(xiàn)有技術，本發(fā)明的端口使用數(shù)n/p+p-1，相比較正交設計方案m×n，以及垂直方向單流設計端口使用數(shù)q×n，端口使用個數(shù)得到了節(jié)省，并且實現(xiàn)方式簡單，信道容量得到了更好的提高。

附圖說明

圖13dmimo系統(tǒng)預編碼實現(xiàn)流程示意圖。

圖2本發(fā)明多流傳輸方案3d信道矩陣等效示意圖。

圖3本發(fā)明csi-rs端口使用分配設計示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的、技術方案及其效果，現(xiàn)將結(jié)合實時例對本發(fā)明做進一步詳細闡述。

本實施例給出了3dmimo系統(tǒng)中一種基于csi-rs端口的多流傳輸方法。

如圖1所示，步驟1首先分析發(fā)送端，考慮單用戶下行場景，基站配置均勻平面矩陣陣列，m根水平方向天線，n根垂直方向天線，發(fā)送天線數(shù)目為m×n。在接收端，采用nr根接收天線。為了不失一般性，假設接收端的天線數(shù)目為1根。因此，3dmimo系統(tǒng)模型中用戶接收到的信號為：y＝h3dw3dx+n。

步驟2，采用winnerii信道模型構(gòu)建3d信道模型，從發(fā)送天線元素s到簇n的接收天線元素u的3d信道矩陣元素為h，h可由下式生成：

因此，在一根接收天線的情況下，信道矩陣h3d可以表示為：

步驟3：利用克羅內(nèi)克積設計3d碼本

根據(jù)3d信道水平方向信息設計水平dft碼本wh,根據(jù)3d信道垂直方向信息設計垂直動態(tài)dft碼本wv,利用克羅內(nèi)克積構(gòu)造3d預編碼碼本。

具體流程如下：

a)水平方向碼本為：

其中，水平方向dft碼字為：

nh表示水平碼本中的碼字個數(shù)和表示第nh個水平碼字。

b)垂直方向碼本為：

其中，垂直方向dft碼字為：

nv表示垂直碼本中的碼字個數(shù)和表示第nv個垂直碼字。

c)3d碼本可以表示為:

步驟4：基于csi-rs的3dmimo預編碼的理論推導

根據(jù)信道相關矩陣根據(jù)克羅內(nèi)克積的特征向量的定理，rh的第l個特征向量是一個m×1的向量rv的第k個特征向量是一個n×1的向量則是r的特征向量。即：

推導出3d預編碼w3d設計方案：

步驟5：基于csi-rs設計垂直維多流傳輸方案

首先，對信道矩陣h3d進行水平方向分組，水平方向虛擬等效為其次，對不同水平分組進行垂直預編碼wv；最后，對水平方向元素進行預編碼wh。

具體流程如下：

如圖2所示，將信道矩陣在垂直方向上均勻等效成p組。首先考慮信道矩陣的水平維，3d信道矩陣水平方向虛擬等效為：

其次考慮信道矩陣的垂直維，垂直方向上矩陣元素采用動態(tài)dft預編碼加權(quán)因子進行加權(quán)，其中0為波長，0為垂直方向俯仰角。第一組垂直方向加權(quán)向量為wv1，同樣，第p組垂直方向加權(quán)向量為wvp，因此，經(jīng)過垂直預編碼后的水平方向等效信道矩陣可寫成：

式中，wv＝[wv1,wv2,...,wvp]，wv為垂直方向預編碼矩陣，維數(shù)為：m×p。

最后，對heqh進行水平方向預編碼，經(jīng)過水平方向預編碼后的3d等效信道矩陣為:

wh為水平方向預編碼矩陣，維數(shù)為：n/p×pm。

csi-rs端口的設計方式如圖3所示，對于每一組垂直方向上所采用的csi-rs端口均與其他垂直方向上csi-rs端口不同，對于不同組水平方向上可采用相同的csi-rs端口，且與垂直方向上csi-rs端口不同。

步驟6：接收端，對于每一路垂直數(shù)據(jù)流，用戶可以根據(jù)最大信道容量準則選取出垂直預編碼矩陣：同樣，根據(jù)最大信道容量準則選取出水平預編碼矩陣：其中“cap(·)”表示信道容量函數(shù)，c^h，c^v是水平碼本和垂直碼本。反饋時，每一路垂直數(shù)據(jù)流分別反饋所對應的pmi，水平方向選取信道容量最大的pmi反饋給發(fā)送端。