[發(fā)明專利]一種用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611239321.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106788642B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國兵;趙懷龍;張國梅;呂剛明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 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(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明提出了一種用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法，包括以下步驟：在射頻端，先假定所有載波上的模擬預(yù)編碼相同，以最大化系統(tǒng)頻譜效率為準(zhǔn)則，利用完整的信道狀態(tài)信息計算理想的模擬預(yù)編碼矩陣；然后根據(jù)實際系統(tǒng)中的移相器特性，確定實際中每個載波上的模擬預(yù)編碼矩陣，并在數(shù)字域設(shè)計相位修正矩陣，修正實際中不同載波上的模擬預(yù)編碼發(fā)生的相位偏移，以逼近理想的模擬預(yù)編碼，將相位修正矩陣與每個載波上發(fā)生相位偏移的模擬預(yù)編碼矩陣相乘即為所設(shè)計的模擬預(yù)編碼矩陣；最后，在基帶處利用等效低維度的信道狀態(tài)信息設(shè)計數(shù)字預(yù)編碼矩陣，與前面得到模擬預(yù)編碼相乘，即得混合預(yù)編碼設(shè)計方案。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

混合預(yù)編碼是大規(guī)模MIMO的一個研究熱點(diǎn)，當(dāng)天線數(shù)目很大(成百上千)時，由于功耗和成本的問題，不可能為每根天線配備特定的射頻鏈路(RF)，那么研究在使用少量RF的情況下部署大規(guī)模MIMO就變得非常的有意義。混合預(yù)編碼在射頻端利用低成本的移相器控制發(fā)射天線上信號的相位，實現(xiàn)模擬預(yù)編碼，既降低了硬件成本，又減少系統(tǒng)所需的射頻數(shù)量；在基帶處利用等效低維度的信道狀態(tài)信息(CSI)控制信號的幅度和相位，實現(xiàn)數(shù)字預(yù)編碼。因此混合預(yù)編碼可以在RF數(shù)遠(yuǎn)小于天線數(shù)目的情況下，實現(xiàn)大規(guī)模MIMO。目前，對混合預(yù)編碼的研究主要集中在單載波系統(tǒng)，針對寬帶系統(tǒng)混合預(yù)編碼的研究工作相對較少，而且當(dāng)前寬帶混合預(yù)編碼的設(shè)計是在假定每個子載波上的模擬預(yù)編碼是相同條件下進(jìn)行研究的，這只適合帶寬與中心載頻比相對較小的情況下。但是考慮到未來毫米波(30～300GHz)的應(yīng)用，上述假設(shè)在實際中往往是不現(xiàn)實的。這是因為在寬帶波束形成網(wǎng)絡(luò)中的移相器通常是利用延遲線來實現(xiàn)，因而導(dǎo)致同樣的延遲在不同載波上產(chǎn)生不同的相位，也就是說盡管我們只設(shè)置了一個模擬預(yù)編碼矩陣，但是它在不同載波上會產(chǎn)生相位偏移。因此實際中不同載波上的模擬預(yù)編碼是不同的，這會帶來不可忽視的性能損失。

在當(dāng)前的寬帶系統(tǒng)混合預(yù)編碼設(shè)計的研究中，很少考慮實際系統(tǒng)中的硬件實現(xiàn)的非理想特性；在過去帶寬較窄的情況下，移相器的相位隨頻率的變化不算太大，其影響可忽略。而當(dāng)前的毫米波技術(shù)的是超寬帶的，例如在60GHz頻段，帶寬一般為2G。另一方面，在如此高頻段，為了保證系統(tǒng)的性能，對硬件的加工精度要求非常精細(xì)，導(dǎo)致毫米波器件價格很高，因此需要中頻鏈路。而常見的中頻為2.75GHz，這會導(dǎo)致帶寬與載頻比接近0.5～1.5，因此相位偏移對模擬預(yù)編碼的影響就變得不可忽略了。

綜上所述，研究適用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對以上問題，提出了一種用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法，該方法可以提高實際寬帶系統(tǒng)的混合預(yù)編碼性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于實際寬帶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計方法，包括以下步驟：

1)在射頻端，首先假定所有載波上的模擬預(yù)編碼相同，以最大化系統(tǒng)頻譜效率為準(zhǔn)則，利用完整的信道狀態(tài)信息設(shè)計理想的模擬預(yù)編碼矩陣；

2)根據(jù)實際中移相器的特性，確定每個載波上發(fā)生相位偏移的模擬預(yù)編碼矩陣，在數(shù)字域設(shè)計相位修正矩陣，修正實際中不同載波上的模擬預(yù)編碼發(fā)生的相位偏移，以逼近步驟1)中得到的理想模擬預(yù)編碼矩陣，將相位修正矩陣與每個載波上發(fā)生相位偏移的模擬預(yù)編碼矩陣相乘即為所設(shè)計的模擬預(yù)編碼矩陣；

3)在基帶處，利用等效低維度的信道狀態(tài)信息設(shè)計數(shù)字預(yù)編碼矩陣；

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

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)的具體實現(xiàn)方法如下：