[发明专利]一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信领域中一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法。本发明可用于长期演进增强LTE-A下行链路低空间相关性场景中补偿信道低相关性对赋形增益的影响，具有码本搜索复杂度低、反馈负载低、赋形增益高等特点。

背景技术

波束赋形技术被广泛应用于无线通信系统中，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同频用户间的干扰，提高系统容量。引入三维波束赋形后，基站端可通过控制波束在包括水平维和竖直维在内的三维空间内跟踪用户，较二维2D波束赋形更大地提升用户的吞吐量和性能增益。

西安电子科技大学申请的专利“LTE中的三维波束赋形方法”（专利申请号：CN201110379694.0，公开号：CN102412885A）公开了一种LTE中的三维波束赋形方法。该方法的步骤为：第一，基站端采用阵列天线结构，且垂直方向上的每一根天线有可用于波束赋形的端口；第二，终端在接收到信号后，进行信道估计，得到三维信道矩阵H，并根据H选择水平维和垂直维预编码矩阵；第三，终端将步骤2中选择出的预编码矩阵对应的序号反馈给基站，基站根据反馈序号恢复出对应的水平和垂直维预编码矩阵，并生成三维预编码矩阵；第四，基站根据步骤3中得到的预编码矩阵对发送信号进行预编码处理，进行三维波束赋形，并将处理后的信号从天线发出，终端接收到信号后，返回步骤2。该方法综合利用水平和垂直方向上的信道信息，同时进行水平和垂直维波束赋形，可获得更强的波束赋形增益，提高系统的整体性能。该方法的不足之处是：该方法仅适用于基站端平面天线阵不同行、不同列天线所对应的信道在空间均是强相关的场景，并且具有较高的码本搜索复杂度和反馈负载。可是，由于信道环境中多径时延扩展、散射体分布等因素的影响，信道的空间强相关性不能保持不变，存在信道相关性较低的情形，导致赋形增益的下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，针对三维波束赋形问题提供一种两阶段码本搜索的三维波束赋形方法，以使其适用于低空间相关性场景，以较小的码本搜索复杂度和反馈负载获得更好的赋形增益。

本发明实现上述目的的具体步骤如下：

(1)码本分解：

1a)对离散傅里叶变换DFT码本进行等间隔分组，选取等间隔分组中每个分组的第一个列矢量组成长期码本；

1b)从等间隔分组中任选一个分组，将该分组的所有列矢量组成短期码本。

(2)估计初始信道增益：

长期演进增强LTE-A下行通信链路中的用户，采用最小二乘信道估计方法，分别估计基站天线阵中第一行和第一列天线所对应的信道增益。

(3)初始化波束赋形权值矩阵：

3a)将码本计数器的计数值设定为0；

3b)依据最大容量准则，对长期码本进行搜索，选出长期码本中与信道增益相匹配的水平维长期码本索引和竖直维长期码本索引，完成三维波束赋形中第一阶段码本搜索；

3c)依据最大容量准则，结合水平维长期码本索引和竖直维长期码本索引，对短期码本进行搜索，选出短期码本中与信道增益相匹配的水平维短期码本索引和竖直维短期码本索引，完成三维波束赋形中第二阶段码本搜索；

3d)将水平维长期码本索引、水平维短期码本索引、竖直维长期码本索引、竖直维短期码本索引反馈给长期演进增强LTE-A下行通信链路中的基站；

3e)将赋形计数器的计数值设定为0；

3f)长期演进增强LTE-A下行通信链路中的基站，根据水平维长期码本索引和水平维短期码本索引，参照长期码本和短期码本，生成水平维波束赋形权值矩阵；

3g)长期演进增强LTE-A下行通信链路中的基站，根据竖直维长期码本索引和竖直维短期码本索引，参照长期码本和短期码本，生成竖直维波束赋形权值矩阵；

3h)将水平维波束赋形权值矩阵和竖直维波束赋形权值矩阵做点乘运算，得到完整的波束赋形权值矩阵。

(4)确定行索引和列索引取值：

4a)将码本计数器的计数值加1；

4b)将当前码本计数器的计数值与长期演进增强LTE-A下行通信链路基站天线阵中天线的行数做取余数运算，如果所得余数不等于0，则将该余数作为行索引取值，如果所得余数等于0，则将长期演进增强LTE-A下行通信链路基站天线阵中天线的行数作为行索引取值；

4c)将得到的行索引取值作为列索引取值。

(5)估计信道增益：