一种3D码本构造方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种3D码本构造方法及系统，涉及无线通信领域。该方法包括：根据基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt，确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV；对水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV进行克罗尼克积，构造3D MIMO母码本F；根据基站的发射天线数Mt，在3D MIMO母码本F中采用随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行，构成最优的3D MIMO码本，该方法及系统充分利用3D MIMO的空间自由度，提高了通信网络容量，提升了通信网络性能。

【技术实现步骤摘要】
一种3D码本构造方法及系统
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种3D码本构造方法及系统。
技术介绍
为了进一步提高3DMIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)技术的频谱效率，同时利用水平维和竖直维空间自由度的3DMIMO技术被提出。其中，诸如垂直扇区分裂、3D波束赋形等技术已经被研究用于提高系统的垂直覆盖和总容量。2D天线阵列是3DMIMO技术的关键。最典型的2D天线阵列是均匀平面阵列。这种天线阵列能够从均匀线性阵列变换得来。为了更好的评估2D天线阵列的性能，需要进行同时考虑水平维和竖直维的3D信道的建模。由于3DMIMO中，信道在3维空间中建模，传统的DFT(DiscreteFourierTransform)码本不再适用。在3DMIMO中，基站通常会在有限的空间内安装大量的天线端口，3D信道通常是相关的。因此，DFT码本中适用于相关信道的恒模特性应当被保留。考虑到码本构造的复杂度，使用两个DFT码本其中一个表征信道的水平维特性，另一个表征信道的竖直维特性—进行克罗尼克乘积构造3D码本既保留了码本的恒模特性，又有利于工程实现。现有的码本构造方法存在以下问题：采用传统的DFT码本，由于系统的吞吐量较低，导致通信网络容量较低，通信网络性能较差；
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何构造一种3D码本，利用3D码本的空间自由度，提高通信网络系统的性能。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种3D码本构造方法，该方法包括：S1、根据基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt，确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV；S2、对水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV进行克罗尼克积，构造3DMIMO母码本F；S3、根据基站的发射天线数Mt，在3DMIMO母码本F中采用随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行，构成最优的3DMIMO码本。优选的，步骤S1中确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV具体方法如下：S10、根据基站发射天线的水平维端口数NtH和竖直维端口数NtV确定水平维的反馈比特数BH和竖直维反馈比特数BV；S11、由公式Mt＝NtHNtV求出基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt；S12、根据确定的基站的水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV、发射天线的水平维端口数NtH及竖直维端口数NtV，构造水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV：优选的，步骤S2中的3DMIMO母码本其中，表示克罗尼克积，矩阵F的维数为N×N＝NHNV×NHNV。优选的，步骤S3中所述随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行的具体方法如下：S30、随机生成一个有Mt个行向量的索引集合；S31、对Mt个行向量的索引集合进行迭代，每次迭代中，通过改变前一次行向量中的一个元素，计算当次迭代和前一次迭代的3DMIMO码本的最大相关性，若相关性减小，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，不更改；S32、判断当前最优行向量索引集合是否出现过，若出现过，则将其出现次数加1，否则，记录其出现，并将其出现次数记为1；S33、判断当前最优行向量索引集合是否出现次数最多，若是，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，当前最优行向量索引集合与上次迭代的最优行向量索引集合保持一致；S34、判断迭代次数是否达到限定值，若达到限定值，则最优行索引集合即为最后迭代的最优行向量索引集合，否则返回步骤S31。优选的，计算当次迭代和前一次迭代的3DMIMO码本的相关性公式如下：其中，W(:,l)代表Mt个行向量构成的码本W当次迭代的第l列的向量，W(:,l′)代表Mt个行向量构成的码本W前一次迭代的第l′列的向量，uk代表选出的行索引，uk∈[0,1,...,N-1]，k＝1,2,...,Mt，N＝NHNV。优选的，基于生成的最优3DMIMO码本，根据选择预编码码字wt进行预编码，式中H表示基站测得的信道矩阵，w表示在所述最优的3DMIMO码本中使|Hw|最大的码字。本专利技术还提供了一种3D码本构造系统，该系统包括矩阵选取模块、矩阵生成模块和码本生成模块；所述矩阵选取模块，用于根据基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt，确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV；所述矩阵生成模块，用于对所述矩阵选取模块确定的水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV进行克罗尼克积，构造3DMIMO母码本F；所述码本生成模块，用于根据基站的发射天线数Mt，在3DMIMO母码本F中采用随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行，构成最优的3DMIMO码本。优选的，所述矩阵选取模块包括选取计算单元和选取构造单元；所述选取计算单元，用于根据基站发射天线的水平维端口数NtH和竖直维端口数NtV确定水平维的反馈比特数BH和竖直维反馈比特数BV，由公式Mt＝NtHNtV求出基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt；所述选取构造单元，用于根据所述选取计算单元确定的基站的水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV、发射天线的水平维端口数NtH及竖直维端口数NtV，构造水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV：优选的，所述矩阵生成模块根据所述矩阵选取模块得到的水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV通过克罗尼克积生成矩阵；其中，表示克罗尼克积，矩阵F的维数为N×N＝NHNV×NHNV。优选的，所述码本生成模块包括索引集合生成单元、索引集合迭代单元、索引集合判断单元、索引集合个数判断单元和索引集合限值判断单元；所述索引集合生成单元，用于随机生成一个有Mt个行向量的索引集合；所述索引集合迭代单元，用于对Mt个行向量的索引集合进行迭代，每次迭代中，通过改变前一次行向量中的一个元素，计算当次迭代和前一次迭代的3DMIMO码本的最大相关性，若相关性减小，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，不更改；所述索引集合判断单元，用于判断当前最优行向量索引集合是否出现过，若出现过，则将其出现次数加1，否则，记录其出现，并将其出现次数记为1；所述索引集合个数判断单元，用于判断当前最优行向量索引集合是否出现次数最多，若是，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，当前最优行向量索引集合与上次迭代的最优行向量索引集合保持一致；所述索引集合限值判断单元，用于判断迭代次数是否达到限定值，若达到限定值，则最优行索引集合即为最后迭代的最优行向量索引集合，否则，继续迭代。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种3D码本构造方法及系统，首先利用克罗尼克积对传统适用于2D信道的码本进行变换，构造适用于3D信道的码本结构，然后采用随机搜索的方法在克罗尼克积码本结构上构造码字间相关性最小的码本从而得到最优码本，该方法充分利用3DMIMO的空间自由度，提高了通信网络容量，提升了通信网络性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种3D码本构造方法的步骤图；图2为本专利技术实施例提供的基于克罗尼克积的3DMIMO码本的预编码方法与传统的3DMIMO码本的预编码方法的性能比较图。具体实施方式下面结合附图，对专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D码本构造方法，其特征在于，该方法包括：S1、根据基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt，确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV；S2、对水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV进行克罗尼克积，构造3DMIMO母码本F；S3、根据基站的发射天线数Mt，在3D MIMO母码本F中采用随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行，构成最优的3D MIMO码本。

【技术特征摘要】
1.一种3D码本构造方法，其特征在于，该方法包括：S1、根据基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt，确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV；S2、对水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV进行克罗尼克积，构造3DMIMO母码本F；S3、根据基站的发射天线数Mt，在3DMIMO母码本F中采用随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行，构成最优的3DMIMO码本；步骤S3中所述随机搜索法选取码字间相关性最小的Mt行的具体方法如下：S30、随机生成一个有Mt个行向量的索引集合；S31、对Mt个行向量的索引集合进行迭代，每次迭代中，通过改变前一次行向量中的一个元素，计算当次迭代和前一次迭代的3DMIMO码本的最大相关性，若相关性减小，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，不更改；S32、判断当前最优行向量索引集合是否出现过，若出现过，则将其出现次数加1，否则，记录其出现，并将其出现次数记为1；S33、判断当前最优行向量索引集合是否出现次数最多，若是，则将当次最优行向量索引集合更改为当前最优行向量索引集合，否则，当前最优行向量索引集合与上次迭代的最优行向量索引集合保持一致；S34、判断迭代次数是否达到限定值，若达到限定值，则最优行索引集合即为最后迭代的最优行向量索引集合，否则返回步骤S31。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中确定水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV具体方法如下：S10、根据基站发射天线的水平维端口数NtH和竖直维端口数NtV确定水平维的反馈比特数BH和竖直维反馈比特数BV；S11、由公式Mt＝NtHNtV求出基站水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV和发射天线数Mt；S12、根据确定的基站的水平维的反馈精度NH、竖直维的反馈精度NV、发射天线的水平维端口数NtH及竖直维端口数NtV，构造水平维矩阵FH和竖直维矩阵FV：3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中的3DMIMO母码本其中，表示克罗尼克积，矩阵F的维数为N×N＝NHNV×NHNV。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算当次迭代和前一次迭代的3DMIMO码本的相关性的公式如下：其中，W(:,l)代表Mt个行向量构成的码本W当次迭代的第l列的向量，W(:,l′)代表Mt个行向量构成的码本W前一次迭代的第l′列的向量，uk代表选出的行索引，uk∈[0,1,...,N-1]，k＝1,2,...,Mt，N＝NHNV。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，基于生成的最优3DMIMO码本，根据选择预编码码字wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，蒋砺思，陈勇策，王爱玲，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11