[发明专利]一种基于信道统计量码本量化反馈的混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种基于信道统计量码本量化反馈的混合预编码方法，具体如下：首先基站依据发送信号信噪比及天线数，用户数和系统频谱效率等信息来确定模拟预编码和有效信道信息的反馈比特数；用户接收之后依此估计基站到该用户之间的信道信息；然后用户设计基站对该用户的量化模拟预编码矢量后反馈给基站，基站整合反馈为模拟预编码矩阵并进行模拟预编码并发送经过模拟预编码的有效信道的训练序列；用户接收之后估计有效信道并使用基于信道统计量的码本进行量化；最后用户反馈量化的有效信道信息给基站，基站根据反馈的信道信息进行数字预编码。本发明能够有效地应用于实际场景中，可以充分减小信道量化的误差，同时提高系统的容量性能。

技术领域

本发明涉及一种基于信道信息量化反馈设计混合预编码技术，属于大规模天线系统中混合预编码传输方法设计领域。

背景技术

近年来，大规模多天线系统由于5G无线通信的发展获得了广泛的关注。近年来的研究指出，大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统可以显著提升频谱效率与功率效率，并利用简单的多用户线性预编码方案，如匹配滤波(MatchedFilter，简称MF)或迫零(zero-forcing,ZF)预编码，获得空间复用增益并获取接近最优的性能。然而，与传统的多天线系统不同，随着射频(radio frequency,RF)链数量的大幅增长，功率消耗和硬件复杂度的剧烈增长成为了大规模多天线系统实现上的瓶颈。为了解决这个困境，混合预编码技术因为只需要有限数目的RF链而成为了最有吸引力的方案之一。混合预编码分为模拟预编码和数字预编码两个部分，其系统结构与传统多天线系统结构有很大的差异。在频分双工系统中，预编码环节依赖于信道估计和反馈，而反馈码本的设计在很大程度上影响了系统的传输性能。针对混合预编码系统的信道反馈与传统的MIMO系统不同。传统的MIMO系统中，基站的预编码只需要依据原始信道的信道信息。而在混合预编码系统中，基站的模拟预编码需要针对原始信道的角度信息设计；数字预编码需要依据经过模拟预编码后的有效信道信息。因此，针对混合预编码系统的信道不能使用传统的方案而需要设计新的反馈方案。

现有方案中，由于移相器具有一定精度，模拟预编码一般使用均匀角度量化码本来量化；有效信道的量化使用随机矢量量化码本。虽然现有方案完全不需要统计信道信息，实现简单且计算量小，但是它并不符合混合预编码系统的特性。传统MIMO系统的信道信息量化多使用随机矢量量化码本的原因是不同天线-用户链的信道被假设为独立同分布的。可是在混合预编码系统中的数字预编码依赖于有效信道而非原始信道，并且有效信道由于模拟预编码已经不再是独立同分布而具有一定的相关性。对于混合预编码系统中的有效信道量化，若仍使用随机矢量量化码本，信道的量化精度将会剧烈下降，进一步的，系统传输性能也将会大大降低。此外，在大规模多天线系统中反馈量也随着天线数量的增加而剧烈增加，使用低效率的反馈码本无疑会进一步加剧信道反馈的负担，使得系统传输效率进一步下降。以上原因使得广泛应用于MIMO系统的随机矢量量化码本在混合预编码系统中不再适用。

基本信道统计的码本能够很好地刻画信道的相关性，使得信道反馈的精度提高，从而提高系统的传输性能。因而，我们非常有必要研究该系统下基于信道统计量码本量化反馈的混合预编码方法，提高系统的通信容量。

发明内容

技术问题：

针对现有技术的不足，本发明提出一种大规模多天线系统中基于信道统计量码本量化反馈的混合预编码方法，用于解决现有方案量化精度较低导致传输性能降低的不良影响。

技术方案：

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于信道统计量码本量化反馈的混合预编码方法，具体包含如下步骤：