[發明專利]一種用于實際寬帶大規模MIMO系統的混合預編碼設計方法

有效

• 申請號: 201611239321.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106788642B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 李國兵;趙懷龍;張國梅;呂剛明
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種用于實際寬帶大規模MIMO系統的混合預編碼設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在射頻端，首先假定所有載波上的模擬預編碼相同，以最大化系統頻譜效率為準則，利用完整的信道狀態信息設計理想的模擬預編碼矩陣；具體實現方法如下：

考慮一個下行寬帶大規模MIMO系統，基站通過N_RF根射頻，N_t根天線，發送N_s個數據流，用戶配置N_r根天線，其射頻數與天線數相同，共有K個子載波；F_BB[k]表示第k個載波上數字基帶預編碼矩陣，F_RF是表示所有載波上的模擬預編碼矩陣，在接收端，W[k]表示接收合并矩陣，其中，N_t＞＞N_RF；

101)第k個載波上的接收信號：

y[k]＝W^H[k]H[k]F_RFF_BB[k]s[k]+W^H[k]n[k] (1)

其中，H[k]表示第k個載波上的信道，表示第k個載波上的噪聲；

102)根據上一步中的接收信號，基站端以最大化互信息為目標設計模擬預編碼和數字預編碼描述如下：

其中，是模擬預編碼的可行集，是一組所有元素幅度都相同的N_t×N_RF矩陣集；

103)求解上述優化問題，獲得理想的模擬預編碼矩陣：

其中R為信道相關矩陣；

2)根據實際中移相器的特性，確定每個載波上發生相位偏移的模擬預編碼矩陣，在數字域設計相位修正矩陣，修正實際中不同載波上的模擬預編碼發生的相位偏移，以逼近步驟1)中得到的理想模擬預編碼矩陣，將相位修正矩陣與每個載波上發生相位偏移的模擬預編碼矩陣相乘即為所設計的模擬預編碼矩陣；具體實現方法如下：

201)根據實際中移相器的特性，確定每個載波上發生相位偏移的模擬預編碼矩陣：將步驟1)中得到模擬預編碼矩陣作為中心載頻上的模擬預編碼矩陣，則實際中第k個載波上的模擬預編碼矩陣表示為：

其中，F_RF是中心載頻上的模擬預編碼矩陣，表示第k個載波上的相位偏差矩陣，表示矩陣A與矩陣B的Hadamard積；

202)在數字域對相位偏移做修正：修正方案可描述為：

其中在步驟1)求得，當第k個載波的頻率給定后，由公式(6)計算得F_RF[k]，因此，求解P2，得到一個最小均方解：

其中表示矩陣A的偽逆；

203)將相位修正矩陣與每個載波上發生相位偏移的模擬預編碼矩陣相乘即為所設計的模擬預編碼矩陣，即F_RF[k]F_c[k]；

3)在基帶處，利用等效低維度的信道狀態信息設計數字預編碼矩陣；具體實現方法如下：

經過步驟2)確定所有載波上的模擬預編碼和相位修正矩陣后，基帶處的等效低維度的信道狀態信息表示為：

在基帶處，對等效低維度的信道狀態信息進行SVD分解得到數字預編碼其中V_eff[k]為等效信道H_eff[k]的SVD分解的右奇異矩陣；

4)將步驟2)中得到的模擬預編碼和步驟3)中得到的數字預編碼相乘，即得混合預編碼設計方案。

2.根據權利要求1所述的一種用于實際寬帶大規模MIMO系統的混合預編碼設計方法，其特征在于，步驟4)的具體實現方法如下：

將步驟2)中得到的模擬預編碼和步驟3)中得到的數字預編碼相乘，即得混合預編碼設計方案：

F＝F_RF[k]F_c[k]F_BB[k] (10)。