[發明專利]針對多天線系統的發送接收優化設計方法

有效

• 申請號: 201810132137.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108347269B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王睿;吳俊;陳宇飛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/08;H04B7/0456;H04W52/02
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

針對多天線系統的發送接收優化設計方法。假定接收端和發送端都已知信道信息的情況下，本發明聯合設計了傳輸信號的協方差矩陣Q和模擬線性接收機的接收矩陣W，采用梯度下降算法來解決傳輸信號和模擬線性接收機的優化問題，從而改善系統最大吞吐量，且不再依賴矩陣Q、W特有的結構要求。優點：所提出的低比特量化多天線系統模型可應用于毫米波通信系統中，在保證系統的低功耗的條件下，優化系統的最大吞吐量，以進一步提高系統的性能。另外，所提出的最大吞吐量優化方法中采用的梯度下降算法，對傳輸信號的協方差矩陣和模擬線性接收機的接收矩陣的結構沒有特殊要求，從而促使局部最優結果的產生，且算法迭代次數少，收斂快，突顯其實際應用價值。

技術領域

本發明設計無線通信和信道優化系統，特別涉及一種適用于毫米波低比特量化的無線通信系統。

背景技術

近些年來對無線通信頻譜資源的需要越來越高，為了滿足這一需求，毫米波、多天線等技術已經成為未來無線通信的核心技術。毫米波的高頻譜帶寬可以很好的提升整個通信系統的傳輸速率。但同時，毫米波的應用給通信系統的硬件設計引入一些新的挑戰。其中一個主要問題就是由高采樣率和高精度的數模轉化器引起的高功率損耗問題，接受機的功率損耗很大程度上依賴于數模轉化器的精度，精度越高，無線通信的總功率損耗就越高，同時硬件成本也不可避免地隨之提高，而且這一缺點在大規模使用天線時尤為顯著。

由此可見，無論是對于高速大帶寬通信系統還是大規模MIMO系統來說，從降低系統總功耗消耗及部署成本的角度，低比特量化都是有效實現系統高能量效率的直接途徑之一。同時，低比特量化會帶來一定的系統性能損失，特別是對大規模的多天線系統而言，包括低比特量化下的同步問題、增益控制問題、信道估計問題、接收機設計和低比特量化對通信系統傳輸速率的影響。

毫米波大規模多天線通信能夠拓展利用新頻譜資源和深度挖掘空間維度無線資源，因此，大幅提升無線傳輸速率，是未來無線通信系統最具潛力的研究方向之一。

發明內容

本發明的目的是為了解決低比特量化下，毫米波多天線通信系統的最大吞吐量的優化問題。

假定接收端和發送端都已知信道信息的情況下，本發明聯合設計了傳輸信號的協方差矩陣Q和模擬線性接收機的接收矩陣W，采用梯度下降算法來解決傳輸信號和模擬線性接收機的優化問題，從而改善系統最大吞吐量，且不再依賴矩陣Q、W特有的結構要求。本發明的優點在于，所提出的低比特量化多天線系統模型可應用于毫米波通信系統中，在保證系統的低功耗的條件下，優化系統的最大吞吐量，以進一步提高系統的性能。另外，所提出的最大吞吐量優化方法中采用的梯度下降算法，對傳輸信號的協方差矩陣Q和模擬線性接收機的接收矩陣W的結構沒有特殊要求，從而促使局部最優結果的產生，且算法迭代次數少，收斂快，更加突顯其實際應用價值。適用于毫米波通信系統，具有更廣的信道帶寬資源，同時低比特量化有效解決了毫米波通信中出現的高功率損耗問題。

需要保護的技術方案

本發明方法實現過程包括：

一、將信道模型的傳輸速率表示為這里H為信道矩陣，ρ_q為量化誤差系數，Q為發送信號的協方差矩陣，且其滿足 Tr(Q)≤P_t，這里P_t為接收端最大發射功率。W為接收端線性處理矩陣，表示接收端經過線性處理后的噪聲的協方差矩陣，且其可表示為σ²為接收端加性噪聲方差,R_yy表示接收未量化信號的自相關矩陣，其可表示為R_yy＝σ²WW^H+WHQH^HW^H。

二、根據上述方程，構建對發送信號協方差矩陣Q和接收線性矩陣W的聯合優化問題可表示為：

三、假定接收端和發送端都已知信道信息，聯合優化設計傳輸信號的協方差矩陣Q和模擬線性接收器的接收矩陣W，改善系統的吞吐量。