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专利号: 2017102384743
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种3D MIMO系统的基于CSI-RS的多路数据流传输方案,其特征在于该方案包括如下步骤:步骤1:构建3D MIMO系统模型

考虑单用户下行场景,基站配置均匀平面矩阵阵列,M根水平方向天线,其水平天线之间距离为dh;N根垂直方向天线,其垂直天线之间距离为dv;则发送天线数目为M×N,在接收端,采用Nr根接收天线,信道矩阵H的维度为Nr×(MN),等效成水平方向可以写为:H=[H1,H2,...,HM],其中Hi的维数为Nr×N,设用户发送的数据流为x,接收到的信号为:y=H3DW3Dx+n,式中,H3D是基站到用户之间的3D信道矩阵,W3D是维数为MN×Ns的3D MIMO预编码矩阵,其中Ns是数据流的路数,n是遵循高斯随机分布的噪声向量,均值为0,方差为步骤2:基于WINNER II信道模型设计

从发送天线元素s到接收天线元素u的3D信道矩阵元素为h,发送端到接收端3D信道矩阵示为H3D;

步骤3:利用克罗内克积设计3D码本

根据3D信道水平方向信息设计水平DFT码本Wh,根据3D信道垂直方向信息设计垂直动态DFT码本Wv,利用克罗内克积构造3D预编码码本;

步骤4:基于CSI-RS的3D MIMO预编码的理论进行推导根据信道相关矩阵 推导出3D预编码W3D设计方案:

步骤5:基于CSI-RS设计垂直维多路数据流传输方案

首先,对信道矩阵H3D进行水平方向分组,水平方向虚拟等效为 其次,对不同水平分组进行垂直预编码WV,最后,对水平方向元素进行预编码WH;

步骤6:反馈最优预编码矩阵

在接收端,对于垂直方向进行选取最优预编码矩阵WV,对于水平方向进行选取最优预编码矩阵WH,每一路数据反馈所对应的PMI。

2.根据权利要求1一种3D MIMO系统的基于CSI-RS的多路数据流传输方案,其特征在于,所述步骤3中利用克罗内克积3D预编码码本W3D的构造,包括如下步骤:

2.1.水平方向码本为:

其中,水平方向DFT码字为:

NH表示水平码本中的码字个数和 表示第nH个水平码字;

2.2.垂直方向码本为:

其中,垂直方向DFT码字为:

NV表示垂直码本中的码字个数和 表示第nV个垂直码字,垂直天线之间距离为dv;

2.3.3D码本可以表示为:

其中, 表示克罗内克积,Wh为水平方向码本,Wv为垂直方向码本。

3.根据权利要求1一种3D MIMO系统的基于CSI-RS的多路数据流传输方案,其特征在于,所述步骤4中所述信道相关矩阵可以表示为: 假设天线的水平域和垂直域是相互独立的,其中,Rh为水平方向的信道相关矩阵,Rv为垂直方向的信道相关矩阵,根据克罗内克积的特征向量的定理,Rh的第l个特征向量是一个M×1的向量 l=1,2,…L,L是矩阵Rh的秩;Rv的第k个特征向量是一个N×1的向量 k=1,2,…K,K是矩阵Rv的秩;则是R的特征向量,即:

4.根据权利要求1一种3D MIMO系统的基于CSI-RS的多路数据流传输方案,其特征在于,所述步骤5中,假设只有一根接收天线的情况下,信道矩阵H3D可以表示为:H3D=[h1,1,1,…,h1,M,1,…h1,1,N,…h1,M,N],将信道矩阵在垂直方向上均匀等效成P组,首先考虑信道矩阵的水平维,3D信道矩阵水平方向虚拟等效为: 其次考虑信道矩阵的垂直维,垂直方向上矩阵元素采用动态DFT预编码加权因子 进行加权,其中m是码字编号,dv是垂直天线之间距离;λ为波长,θ为垂直方向俯仰角,第一组垂直方向加权向量为wv1, 同样,第P组垂直方向加权向量为wvp, 因此,经过垂直预编码后的水平方向等效信道矩阵可写成:式中,WV=[wv1,wv2,…,wvp],WV为垂直方向预编码矩阵,维数为:M×P,I为单位阵;

最后,对Heqh进行水平方向预编码,经过水平方向预编码后的3D等效信道矩阵为:WH为水平方向预编码矩阵,维数为:N/P×PM。

5.根据权利要求1一种3D MIMO系统的基于CSI-RS的多路数据流传输方案,其特征在于,所述步骤6中,接收端对于每一路垂直数据流,用户可以根据最大信道容量准则选取出垂直预编码矩阵: 同样,根据最大信道容量准则选取出水平预编码矩阵: 其中“Cap(·)”表示信道容量函数,Cv,Ch是水平码本和垂直码本的集合, 为噪声方差,反馈时,每一路垂直数据流分别反馈所对应的PMI,水平方向选取信道容量最大的PMI反馈给发送端。