[發明專利]一種基于幾何構造的毫米波數字模擬混合預編碼設計方法

有效

• 申請號: 201710342820.2
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107104719B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 黃永明;蘇敏華;章建軍;張鋮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于幾何構造的毫米波數字模擬混合預編碼設計方法，其特征在于，包括如下步驟：1、根據發射端天線與接收端天線的信道狀態信息計算純數字預編碼矩陣F_D；2、對純數字預編碼矩陣F_D進行矩陣分解，分解為模擬預編碼矩陣F_RF和數字預編碼矩陣F_BB的乘積；3、設置數字預編碼矩陣F_BB中的系數f_i(n)；4得到關于第i個用戶的模擬域相位φ_m,M+n的非線性方程：5、求解非線性方程，得到模擬域相位φ_m,n，進而得到模擬預編碼矩陣F_RF。該方法從幾何角度出發，將預編碼設計問題轉化成復平面的三角形構造問題，降低了系統的碼字搜索復雜度(時間復雜度)和計算復雜度，同時有效提升系統的頻譜效率。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于幾何構造的毫米波數字模擬混合預編碼設計方法。

背景技術

隨著無線通信技術的不斷發展，高速數據業務以及無處不在的接入需求正呈現出一種爆炸式的增長。下一代5G移動通信技術，對容量、能耗和帶寬的需求將越來越高。有研究表明，在基站端采用大規模天線陣列，可以帶來系統能效以及頻譜利用率提高等多種性能優勢。但是，在傳統微波頻段，大量的天線會導致滿足隔離度的天線尺寸較大，給系統的硬件實現帶來了一定的困難。

移動數據需求的不斷增長，同時也使得6GHz以下的頻譜變得越來越擁擠，而6-300GHz的頻譜還沒有被充分利用。毫米波頻段因其大量未授權的帶寬被選為下一代無線局域網和移動通信系統的關鍵頻譜，能夠大大緩解現有的低頻頻譜困局。毫米波和MIMO系統結合，可以利用空間復用和空間分集技術進一步提高傳輸速率和傳輸質量。雖然相對于傳統頻段，毫米波傳輸面臨著更大的路徑損耗，因而通信距離與覆蓋范圍十分有限。但是毫米波信號的短波長允許大量天線以非常小的尺寸封裝，進而可以利用大規模天線陣列的陣列增益和空分復用增益，彌補系統嚴重的路徑損耗，提高通信距離及增加覆蓋范圍。

在毫米波MIMO系統中，對于任意的設計準則，純數字波束成型(DigitalBeamforming)方法總能夠得到相對最優的系統性能。但是DB方案下，發射和接收端的每根天線都需要連接一個射頻鏈路。當天線數較大時，系統的硬件成本過高。純模擬波束成型方案相較于純數字波束成型方案，雖然成本降低，但是受射頻鏈路的硬件限制較大，自由度較小。因此在毫米波系統中，一般采用混合預編碼的方式，期望獲得與純數字波束成型方法相近的系統性能，一方面，數字預編碼層能提供更多的自由度，同時傳輸多個數據流；另一方面，模擬預編碼層減少了射頻鏈的使用數量，系統的硬件成本得以降低。

在現有的大多數混合預編碼設計方法中，為得到合適的模擬預編碼矢量，通常需要對碼書進行貪婪搜索，而碼書大小通常隨系統天線數、相位量化比特數呈指數增長，因此，大范圍搜索必然導致系統復雜度較高。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明公開了一種種基于幾何構造的毫米波數字模擬混合預編碼設計方法，該方法從幾何角度出發，將原本的基于矩陣分解的預編碼設計問題轉化成復平面的三角形構造問題，降低了系統的碼字搜索復雜度(時間復雜度)和計算復雜度，同時有效提升系統的頻譜效率。

技術方案：本發明采用如下技術方案：

一種基于幾何構造的毫米波數字模擬混合預編碼設計方法，包括如下步驟：

(1)根據發射端天線與接收端天線的信道狀態信息計算純數字預編碼矩陣F_D＝[f_D,1,f_D,2,,…,f_D,U]；其中U為接收端用戶數；