[發明專利]一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法

有效

• 申請號: 201810244828.X
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108471325B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 周榮花;邰巖;倪志同;楊凱;卜祥元;高飛;吳宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B7/0413;H04B7/0456;H04B17/391
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本發明公開的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法，涉及無線通信領域。本發明公開的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法，通過對毫米波單用戶MIMO?OFDM系統的發射端互信息函數進行優化，得到最優基帶和射頻預編碼器的表達式，最優射頻預編碼器的表達式由信道相關矩陣的特征矩陣與可逆變換矩陣相乘表示；通過設計可逆變換矩陣使得最優射頻預編碼器的稀疏程度提高，從而獲得稀疏射頻/基帶混合預編碼器，實現稀疏射頻/基帶混合預編碼。本發明具有操作簡單，系統靈活性高，系統成本低，系統性能好等優點。本發明適用于毫米波通信系統或多天線通信系統的稀疏射頻/基帶混合預編碼。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其涉及用于毫米波通信系統或多天線通信系統的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法。

背景技術

毫米波系統主要采用射頻/基帶混合預編碼方法，該方法可以實現較高的頻譜利用率，同時降低系統的硬件成本和功率消耗。目前，很多的工作都致力于研究關于毫米波單、多用戶MIMO系統中的混合預編碼算法，其中主要一部分集中在低頻平穩信道。X.Zhang等人在(“Variable-phase-shift-based RF-baseband codesign for MIMO antennaselection,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.53,no.11,pp.4091–4103,Nov.2005.)中首次提出一般MIMO系統中的混合預編碼算法。O.El Ayach等人在(“Spatially sparseprecoding in millimeter wave MIMO systems,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.13,no.3,pp.1499–1513,Mar.2014.)中研究了低復雜度毫米波信道估計方法并利用完全信道信息設計了混合預編碼器。但是，上述方法都是在窄帶毫米波信道下并且假設已知部分或完全信道信息所提出的。

只有有限的一部分工作是針對寬帶毫米波系統的。C.Kim等人在(“Multi-beamtransmission diversity with hybrid beamforming for MIMO-OFDM systems,”inProc.IEEE Globecom Workshops(GC Wkshps),Atlanta,GA,USA,Dec.2013,pp.61–65.)中提出了MIMO-OFDM系統中單數據流的混合波束成形技術。A.Alkhateeb等在(“Frequencyselective hybrid precoding for limited feedback millimeter wave systems,”IEEETrans.Commun.,vol.64,no.5,pp.1801–1818,May 2016.)中提出基于OFDM的毫米波混合預編碼方法，但該方法沒有給出具體的射頻碼本設計方法，且算法復雜度很大。另外，上述方法都采用的是全連接型射頻預編碼器，即射頻矩陣的每個元素都由一個移相器來實現，其硬件成本依然很高，而且造成射頻電路尺寸過大，功耗較高。為降低系統硬件上的復雜度，一些算法如固定子陣或動態子陣的方法被提出，這些方法減少了射頻預編碼器上移相器的個數，但是系統性能下降也更多。

發明內容

本發明公開的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法要解決的技術問題為：實現稀疏射頻/基帶混合預編碼，能夠盡可能保持系統性能不受損失的條件下提高射頻預編碼器的稀疏度。所述方法具有操作簡單，系統靈活性高，系統成本低，系統性能好等優點。

本發明的目的是通過下述方法實現的。

本發明公開的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法，通過對毫米波單用戶MIMO-OFDM系統的發射端互信息函數進行優化，得到最優基帶和射頻預編碼器的表達式，最優射頻預編碼器的表達式由信道相關矩陣的特征矩陣與可逆變換矩陣相乘表示。通過設計可逆變換矩陣使得最優射頻預編碼器的稀疏程度提高，從而獲得稀疏射頻/基帶混合預編碼器，實現稀疏射頻/基帶混合預編碼。

本發明公開的一種稀疏射頻/基帶混合預編碼方法，包括如下步驟：