[發(fā)明專利]一種大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼碼本設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810743511.0
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108933619B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何云;申敏;翁明江;鄭煥平;吳廣富;陳呂洋
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/0413
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼碼本設(shè)計方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：基站端將N_s個數(shù)據(jù)流通過N_t個發(fā)送天線發(fā)送出去,發(fā)送端可用的射頻鏈路的個數(shù)為每個射頻鏈路和N_t個發(fā)送天線連接時為全連接結(jié)構(gòu)；當(dāng)每個射頻鏈路和個發(fā)送天線連接時為部分連接結(jié)構(gòu)，混合預(yù)編碼的碼本矩陣為V_t＝V_RFV_D，其中V_RF為模擬碼本，V_D為數(shù)字碼本；

S2：信道估計器準(zhǔn)確估計大規(guī)模MIMO的頻域信道沖激響應(yīng)矩陣H，對H進(jìn)行SVD分解H＝UΣV^H，得到左酉矩陣U，右酉矩陣V，特征值矩陣Σ；

S3：全連接碼本產(chǎn)生器包括全連接模擬碼本形成器、全連接數(shù)字碼本形成器兩部分構(gòu)成；

部分連接碼本產(chǎn)生器包括部分連接模擬碼本形成器、部分連接數(shù)字碼本形成器和迭代控制器三部分構(gòu)成，這三部分的執(zhí)行順序為依次進(jìn)行；迭代控制器根據(jù)誤差性能和計算復(fù)雜度的需求判斷跳轉(zhuǎn)到部分連接模擬碼本形成器還是部分連接數(shù)字碼本形成器；部分連接模擬碼本形成器得到模擬碼本矩陣V_RF；部分連接數(shù)字碼本形成器得到數(shù)字碼本矩陣V_D；

全連接模擬碼本形成器V_RF為傅里葉變換基矩陣；

全連接數(shù)字碼本形成器V_D為對右酉矩陣V進(jìn)行傅里葉反變換而得到的矩陣；

碼本逼近的誤差函數(shù)最小表示為即右酉矩陣與模擬矩陣數(shù)字矩陣乘積之差的內(nèi)積最小；實現(xiàn)方式為當(dāng)計算V_RF時候，V_D為固定；當(dāng)計算V_D時候，將V_RF固定；每次只更新矩陣列向量中的一個元素，即先行元素更新后列向量更新；假設(shè)x_i為列向量中的一個元素，其中i＝1,...N，N為列向量的元素個數(shù)；需要找到最優(yōu)使得由構(gòu)成的碼本矩陣的誤差函數(shù)最小，每個元素x_i的更新都能使誤差函數(shù)更小，從而誤差函數(shù)能快速收斂；

部分連接模擬碼本形成器：部分連接模擬碼本矩陣V_RF的第i行第k列元素表示為b(i,k)，右酉矩陣的第i行第j列元素表示為a(i,j)，部分連接數(shù)字預(yù)編碼矩陣第k行第j列元素表示為c(k,j)，部分連接模擬碼本V_RF的第i^*行第k^*列待求元素b(i^*,k^*)需要滿足且|b(i,k)|＝1；將誤差函數(shù)分解為關(guān)于b(i^*,k^*)的一次函數(shù)，并求得滿足誤差函數(shù)最小的最優(yōu)解b(i^*,k^*)，其解參考公式所示；

t是在目標(biāo)變量對應(yīng)位置上，常數(shù)項行向量和數(shù)字預(yù)編碼器行向量的內(nèi)積；

g是在目標(biāo)變量對應(yīng)位置上，常數(shù)項行向量模和數(shù)字預(yù)編碼器行向量模的內(nèi)積表示；

部分連接數(shù)字碼本形成器，部分連接模擬碼本矩陣V_RF的第i行第k列元素表示為b(i,k)，右酉矩陣的第i行第j列元素表示為a(i,j)，部分連接數(shù)字預(yù)編碼矩陣第k行第j列元素表示為c(k,j)，部分連接數(shù)字碼本V_D的第k^*行第j^*列待求元素c(k^*,j^*)需要滿足將誤差函數(shù)分解為關(guān)于c(k^*,j^*)的二次函數(shù)，求解該函數(shù)需要進(jìn)行求導(dǎo)，并分析極值點的性質(zhì)，從而求得滿足誤差函數(shù)最小的最優(yōu)解c(k^*,j^*)，其解參考公式所示；θ表示t的相位；p表示在目標(biāo)變量對應(yīng)位置上，模擬預(yù)編碼向量模的內(nèi)積；

S4：迭代控制器，將部分連接模擬碼本V_RF、部分連接數(shù)字碼本V_D，和右酉矩陣V，作為迭代控制器的輸入計算誤差函數(shù)當(dāng)誤差精度不滿足需求，則輸出當(dāng)前的部分連接模擬碼本和部分連接數(shù)字碼本作為下次部分連接碼本形成器的初值碼本；當(dāng)精度滿足需求則停止迭代，輸出部分連接模擬碼本碼本和部分連接數(shù)字碼本作為最終結(jié)果；

由于部分連接數(shù)字碼本形成器的計算量要低于部分連接模擬碼本形成器，且首次部分連接模擬碼本形成器和部分連接數(shù)字碼本形成器完成后能夠?qū)⒄`差控制到較低程度，并且部分連接數(shù)字碼本形成器的誤差函數(shù)收斂速度要大于部分連接模擬碼本形成器；在精度不滿足需求的前提下，當(dāng)設(shè)計需求為性能優(yōu)先時，在迭代控制器中控制跳轉(zhuǎn)到部分連接模擬碼本形成器；當(dāng)設(shè)計需求要權(quán)衡計算復(fù)雜度和性能時，在迭代控制器中控制跳轉(zhuǎn)到部分連接數(shù)字碼本形成器。