[發明專利]低分辨率毫米波大規模MIMO混合預編碼系統和方法

有效

• 申請號: 201810151431.6
• 申請日: 2018-02-14
• 公開（公告）號: CN108712196B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 章嘉懿;張運良
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;毛唯鳴

1.一種應用低分辨率毫米波大規模MIMO混合預編碼系統的預編碼方法，其特征在于，

所述低分辨率毫米波大規模MIMO混合預編碼系統，包括：發射機和接收機，其中

所述發射機包括多個數字預編碼器、發送量化模塊、低分辨率DAC芯片、射頻鏈、模擬預編碼器和發射天線；

所述接收機包括多個接收天線、模擬合并模塊、射頻鏈、低分辨率ADC芯片、接收量化模塊和數字合并模塊；

所述射頻鏈與所述發射天線或接收天線的連接方式為全連接陣列混合架構，即一個射頻鏈能夠驅動多個所述發射天線或接收天線以減少所述射頻鏈的個數；

所述發射機通過所述數字預編碼器對發射信號進行數字預編碼，通過所述發送量化模塊將所述發射信號的數字信號轉換為低分辨率數字信號，通過所述低分辨率DAC芯片將所述發射信號的數字信號轉換為模擬信號，經所述射頻鏈上變頻后通過所述模擬預編碼器進行模擬預編碼，最后經所述發射天線發送；

所述接收機通過所述接收天線接收接收信號，通過所述模擬合并模塊對所述接收信號進行模擬合并，經所述射頻鏈下變頻后通過所述低分辨率ADC芯片將所述接收信號的模擬信號轉換為數字信號，通過所述接收量化模塊將所述接收信號的數字信號轉換為高分辨率數字信號，最后通過所述數字合并模塊進行數字解調；

所述預編碼方法包括：

S101：根據毫米波信道特點使用Saleh-Valenzuela模型建立毫米波信道矩陣；

S103：根據奇異值分解算法分解所述毫米波信道矩陣，分別計算發射機的理想模擬混合預編碼F_opt和接收機的理想模擬混合預編碼W_opt；

S105：根據所述F_opt和W_opt，使用正交匹配追蹤算法計算發射機的模擬預編碼F_RF和數字預編碼F_BB，以及接收機的模擬預編碼W_RF和數字預編碼W_BB；

S107：根據加性量化噪聲模型分別計算發射機低分辨率DAC條件下的量化函數和接收機低分辨ADC條件下的量化函數；

S107中根據加性量化噪聲模型計算發射機低分辨率DAC條件下的量化函數具體包括：

S1071：根據加性量化噪聲原理分解量化映射輸出矢量Q_T(F_BBs)＝(1-η)(F_BBs)+d；

S1073：求解因低分辨率DAC引起的量化失真噪聲的方差

其中，Q_T(F_BBs)表示DAC量化函數，η為低分辨率DAC造成的量化誤差因子，s為發射數據流，d為DAC量化失真噪聲，diag(.)表示取矩陣的對角元素，表示矩陣F_BB的共軛轉置運算；

S107中根據加性量化噪聲模型計算接收機低分辨率ADC條件下的量化函數具體包括：

S2071：根據加性量化噪聲原理分解量化映射輸出矢量

S2073：求解因低分辨率ADC引起的量化失真噪聲的方差

其中，Q_R(r_H)表示ADC量化函數，r_H表示量化之前的接收信號，r_L表示量化之后的接收信號，μ為低分辨率ADC造成的量化誤差因子，q為ADC量化失真噪聲，y為接收機天線接收的接收信號；

S109：推導出低分辨率DAC和ADC條件下的毫米波大規模MIMO量化混合預編碼系統的表達式；

所述低分辨率DAC和ADC條件下的毫米波大規模MIMO量化混合預編碼系統的表達式為：

其中，μ為低分辨率ADC造成的量化誤差因子，η為量化失真因子，為接收機解調信號，為接收機因發射機配置低分辨率DAC芯片引入量化噪聲，為接收機因配置低分辨率ADC芯片引入量化噪聲，為發射信號x因傳播環境干擾引入的噪聲；

所述低分辨率DAC芯片和所述低分辨率ADC芯片的位數大于等于5。

2.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特征在于，所述模擬預編碼器為模擬移相器。

3.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特征在于，所述低分辨率DAC芯片的位數應大于等于所述低分辨率ADC芯片的位數。