[發明專利]一種大規模MIMO系統中數模混合預編碼方法

有效

• 申請號: 201611185148.2
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106603130B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 高洋;葛建華;高宏偉;高明;劉剛;李毅;張南
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明公開了一種大規模MIMO系統中數模混合預編碼方法，包括以下步驟：發射端計算理想的預編碼矩陣；發射端分別計算模擬域和數字域的預編碼矩陣；發射端對發送信號進行預編碼；接收端計算理想的合并矩陣；接收端分別計算模擬域和數字域的合并矩陣；接收端對接收信號進行合并。本發明提出的數模混合預編碼方法解決了大規模MIMO系統中數模混合域預編碼方案實現復雜度過高的問題，同時可以獲得較高的頻譜效率，具有一定的創新性、實用性。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種大規模MIMO系統中數模混合預編碼方法。

背景技術

多輸入多輸出(MIMO)技術能夠充分利用空間資源來對抗無線信道的衰落，從而在不增加系統帶寬和發送功率的情況下，可以提高了通信系統的可靠性和頻譜利用率。目前，MIMO技術已經廣泛應用于多種移動通信標準中，例如UMTS系統的HSDPA、3GPP中的LTE/LTE-A、IEEE 802.16e/m中的WiMAX和IEEE 802.11n/ac/ah中的WLAN/WI-F。在上述這些系統中，收發兩端的天線規模都較小，即基站或接入點的天線數最多不超過8個，而用戶天線數最多不超過4個。

第5代(5G)移動通信系統旨在為用戶提供Gbit/s的數據傳輸率，由于現有移動通信授權頻譜資源的限制，使得該目標的實現變得非常困難。于是，針對毫米波段非授權頻段在未來移動通信中的應用研究成為目前國內外學者研究的重點。毫米波因其波長相對較短，天線陣列的物理尺寸大幅度縮小，因此基站端可以安裝大規模天線，從而可將毫米波系統與大規模MIMO技術完美地結合起來。作為有效提升未來5G系統數據率、緩解頻譜資源壓力的有效技術，毫米波大規模MIMO系統及相關關鍵技術的研究已成為當前移動通信領域的熱門研究課題。在毫米波大規模MIMO系統中，受能耗和成本等因素的限制，設計合理的預編碼方案顯得尤為重要。傳統的小規模MIMO預編碼方案主要集中在基帶，通過采用全數字預編碼器對信號進行預處理，從而減小干擾和接收機處理的復雜度。在該方案中，RF射頻(RF射頻)鏈路的個數與收發天線數相等，但數目相對較少，因此能耗和成本相對較低。而在毫米波大規模MIMO系統中，由于基站天線數高達數十根甚至上百根，這種全數字預編碼方案已不再適用。為了解決毫米波大規模MIMO系統中的預編碼問題，研究人員提出了多個數模混合的預編碼方案。相關得的研究成果主要分以下為兩類：第一類基于共享天線設計，即每個RF鏈路與所有的天線相連。文獻O.El Ayach,S.Rajagopal,S.Abu-Surra,Z.Pi,andR.W.Heath,Jr.,“Spatially sparse precoding in millimeter wave MIMO systems,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.13,no.3,pp.1499–1513,Mar.2014，將數模混合預編碼設計建模為一個稀疏信號的重構問題，并提出基于正交匹配追蹤算法的數模混合預編碼方案。雖然該方案可以獲得比較好的性能，但實現復雜比較高。而另一類基于分離天線設計，即每個RF鏈路只與所有部分的天線相連。文獻X.Gao,L.Dai,S.Han,C.-L.I,andR.W.Heath,Jr.,“Energy-efficient hybrid analog and digital precoding formmWave MIMO systems with large antenna arrays,”IEEE J.Sel.Areas Commun.,vol.34,no.4,pp.998–1009,Apr.2016，利用連續干擾消除的思想，提出了一種基于迭代的數模混合預編碼方案。該方案假設數字域預編碼矩陣為具有對角矩陣的結構，這種假設使得數字域預編碼只起到功率分配的作用，從而導致系統性能損失較多。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種大規模MIMO系統中數模混合預編碼方法，旨在解決現有的基于共享天線設計的數模混合預編碼方案的實現復雜度比較高的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種大規模MIMO系統中數模混合預編碼方法，其特征在于，包括以下步驟：