[发明专利]基于用户分布密度匹配的3D MIMO码本生成方法

说明书

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于用户分布密度匹配的3D MIMO码本生成方法，包括：基站通过信道预测模块获取用户位置信息，采用二维高斯分布建立数学模型，求出水平概率密度和垂直概率密度，计算联合概率密度；根据联合概率密度得到累积分布函数，并通过累计分布函数求出用户落在各区间内的概率；将小区划分为X个区间，对这些区域根据不均匀分配算法进行码本分配，根据不均匀分配法计算坐标，得到垂直码字和水平码字；本发明，在获得系统性能增益的同时，用户密度大的区域用间隔小的码字，用户密度小的区域用间隔大的码字，可以减少反馈负荷，从而在有限的反馈开销下更高效的利用码字资源。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于用户分布密度匹配的3DMIMO码本生成方法。

背景技术

预编码技术为多用户MIMO系统解决MUI和ISI的主要干扰管理技术。时分双工(Time Division Duplexing,TDD)系统利用信道互易性获取发射机的信道状态信息(Channel State Information at Transmitter，CSIT)频分双工(Frequency DivisionDuplexing，FDD)系统由于频分双工需要专用的反馈链路来表达，由于反馈链路带宽受限，研究基于码本的预编码具有重要意义。大规模MIMO系统基站端天线数量巨大，对预编码性能要求更高，需要研究在系统吞吐量和误码率等性能方面更优异的码本。在高度相关信道的均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)天线阵列中，传统离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)码本可以很好匹配其信道特征，此时的2D波束均匀分布在一个圆形上且波束下倾角为一个固定值，随着基站天线数增加，DFT波束的半功率波束带宽变窄。但在均匀平面阵列(Uniform planar array，UPA)，随着更多的天线端口被部署在水平和垂直维度，基站通过利用更多的垂直空间自由度，在3D维度上形成波束，于是3DMIMO应运而生，与此对应的3D MIMO预编码码本成为近期研究重点。

但是传统DFT码字并不适合用作垂直维码字，并且反馈开销随着码本的增加而增大。文献“白帆，李汀，李飞，郑宝玉.3D MIMO系统下水平和垂直维联合预编码的研究[J].信号处理，2016,32(9):1093-1100.”在分析3D MIMO信道相关性的基础上，针对发射相关和接收相关矩阵在水平维和垂直维的分解，提出了一种利用3D MIMO信道相关性的预编码方案。文献“HuiL,QiubinG,RunhuaC,RakeshTamrakar.Codebook Design for Massive MIMOSystems in LTE[C]//In IEEE 83rd Vehicular Techchnology Conference(VTCSpring).2016:1-5.”提出了一种码本子采样的方法，通过减小过采样因子筛选高粒度波束来降低反馈提升系统性能。此外，由于反馈链路比特数与信道相关矩阵线性相关，所以应用基于信道统计的码本可以大大降低反馈负荷，并且可以获得逼近完美CSIT下的用户速率。

现有的3D MIMO码本在设计时都没有将蜂窝网内用户分布稀疏度考虑进来，从而会出现用户密集的区域码字分配过少，码字缺失，用户稀疏的区域码字分配过多，导致码字冗余的现象。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提出一种基于用户分布密度匹配的3D MIMO码本生成方法，包括：

基站通过信道预测模块获取用户位置信息，采用二维高斯分布建立数学模型，求出水平概率密度和垂直概率密度，计算联合概率密度；

根据联合概率密度得到累积分布函数，并通过累计分布函数求出用户落在各区间内的概率；

将小区划分为X个区间，对这些区域根据不均匀分配算法进行码本分配，根据不均匀分配法计算坐标，得到垂直码字和水平码字；