基于旋转直积码本的3D有限反馈SDMA方案

发布时间：2019-11-20 22:46

【摘要】：为平衡反馈开销和系统性能,在频分双工(FDD)系统下,针对三维多输入多输出(3D MIMO)系统的多用户预编码问题,提出一种应用于3D MIMO系统的基于统计信道信息的空分多址(SDMA)方法.首先,基于三维信道的空间相关性,提出3D MIMO中基于旋转直积的用户分簇码本设计,码本中每个分簇基的列向量相互正交,可作为发送方向用于下行预编码;其次,用户根据下行信道估计所得到的发端相关矩阵选取所在的分簇基及发送方向,并以长周期将其索引反馈至基站;最后,基站调度用户实现下行多用户传输.仿真结果表明:在信道相关性较高的情况下,该方法可以显著提升系统的吞吐量,且只须长时间向基站反馈信息,上行反馈开销极小.
【图文】：

框图,码本,直积,空分多址

采用统计信息的ＳＤＭＡ方法提供了可能．２基于旋转直积码本的空分多址方法实际系统中，用户之间主特征方向的正交性很难得到保证，且计算复杂度极高，难以调度实现多用户传输．然而三维信道下，ＤＦＴ矩阵的直积不仅可以近似信道相关矩阵的特征模，而且其列向量之间互相正交，所以本研究采用这一思想构造基于旋转直积的用户分簇码本，码本由多个分簇基组成，每个分簇基中列向量互相正交．算法原理如图１所示，旋转直积码本由基站和用户预先保存，首先，用户根据下行信道估计得到的信道相关矩阵选取所在分簇基及其发送方向集合，并将选取结果反馈回基站；然后，基站对选取同一分簇基的用户调度分组，组内用户之间发送方向集合正交；最后，组内用户进行空分多址传输．图１基于旋转直码本的空分多址方法框图２．１旋转直积码本构造在二维信道中，ＤＦＴ矩阵可以良好地近似其信道相关矩阵的特征模［１０］，通过对ＤＦＴ矩阵左乘一个对角旋转矩阵相当于在虚拟角度域对其进行角度旋转［１１］，使其在虚拟角度域对应着不同方向．在三维信道中，基站侧观察到的方向包括方位角和俯仰角，各用户的物理位置不同，其信道相关矩阵存在明显差异，在虚拟角度域的方向也不同．且在３ＤＭＩＭＯ信道中，发射端的空间相关矩阵可以分解为水平子矩阵和垂直子矩阵的直积的形式［１２］．所以可以在水平和垂直方向分别采用旋转ＤＦＴ矩阵量化，然后以直积合并，构造适合３ＤＭＩＭＯ系统的旋转直积码本．旋转直积码本包含Ｖ＝Ｖａｚ×Ｖｅｌ个分簇基矩阵，每个分簇基矩阵由Ｎｔ个互相正交的ＤＦＴ向量构成，Ｖａｚ和Ｖｅｌ分

框图,码本,直积,空分多址

采用统计信息的ＳＤＭＡ方法提供了可能．２基于旋转直积码本的空分多址方法实际系统中，用户之间主特征方向的正交性很难得到保证，且计算复杂度极高，难以调度实现多用户传输．然而三维信道下，ＤＦＴ矩阵的直积不仅可以近似信道相关矩阵的特征模，而且其列向量之间互相正交，所以本研究采用这一思想构造基于旋转直积的用户分簇码本，码本由多个分簇基组成，每个分簇基中列向量互相正交．算法原理如图１所示，旋转直积码本由基站和用户预先保存，首先，用户根据下行信道估计得到的信道相关矩阵选取所在分簇基及其发送方向集合，并将选取结果反馈回基站；然后，基站对选取同一分簇基的用户调度分组，组内用户之间发送方向集合正交；最后，组内用户进行空分多址传输．图１基于旋转直码本的空分多址方法框图２．１旋转直积码本构造在二维信道中，ＤＦＴ矩阵可以良好地近似其信道相关矩阵的特征模［１０］，通过对ＤＦＴ矩阵左乘一个对角旋转矩阵相当于在虚拟角度域对其进行角度旋转［１１］，使其在虚拟角度域对应着不同方向．在三维信道中，基站侧观察到的方向包括方位角和俯仰角，各用户的物理位置不同，其信道相关矩阵存在明显差异，在虚拟角度域的方向也不同．且在３ＤＭＩＭＯ信道中，发射端的空间相关矩阵可以分解为水平子矩阵和垂直子矩阵的直积的形式［１２］．所以可以在水平和垂直方向分别采用旋转ＤＦＴ矩阵量化，，然后以直积合并，构造适合３ＤＭＩＭＯ系统的旋转直积码本．旋转直积码本包含Ｖ＝Ｖａｚ×Ｖｅｌ个分簇基矩阵，每个分簇基矩阵由Ｎｔ个互相正交的ＤＦＴ向量构成，Ｖａｚ和Ｖｅｌ分

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