[發明專利]一種毫米波大規模MIMO系統混合預編碼方法

有效

• 申請號: 201811326711.2
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109167622B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 吳君欽;付名揚
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 溫州知遠專利代理事務所(特殊普通合伙) 33262
• 代理人: 湯時達

1.一種毫米波大規模MIMO系統混合預編碼方法，其特征在于預編碼器的設計和實施過程包括以下四個步驟：

步驟【1】：建立一種毫米波MIMO系統預編碼器設計問題數學模型：所述毫米波MIMO系統的信道容量表達式為所述預編碼器設計問題最終轉變為最大化信道容量的優化問題，其數學表達式為最大化信道容量表達式中，R代表信道容量(“總和”速率)，P是混合預編碼矩陣，H是毫米波MIMO系統信道矩陣，ρ代表發射信號平均功率，σ代表信道均方噪聲系數，I_N是N×N單位矩陣；

步驟【2】：采用串行干擾相消(SIC)的思想，先打開第1個天線子陣列，在等幅約束條件下，求P的第1列近似最優取值p_1,opt，p_1,opt的求解過程為：先給定初始模擬預編碼，基于所述初始模擬預編碼，屏蔽各個用戶之間的干擾，然后通過從基站向多個用戶提取聚合下行鏈路信道的相位，模擬預編碼器僅進行相位調節和控制，最后根據ZF迫零預編碼算法來求解數字預編碼器；

步驟【3】：打開第2個天線子陣列，在等幅約束條件下，求解P的第2列近似最優取值p_2,opt，與此類推，順序打開第m+1(1≤mN)個天線子陣列，求解P的第m+1列近似最優取值p_m+1,opt，求解過程與步驟【2】類似，具體描述為：設定初始模擬預編碼器，根據連續干擾消除的思想求解出最接近理想的模擬預編碼器第m+1列幅值和相位，然后根據ZF迫零預編碼算法來求解數字預編碼矩陣；

步驟【4】：將預編碼矩陣所有列近似最優解組合在一起，得到完整混合預編碼矩陣P的近似最優解P_opt＝[p_1,opt,p_2,opt,...,p_N,opt]。

2.如權利要求1所述毫米波大規模MIMO系統混合預編碼方法，其特征在于，在所述步驟【1】中采用的毫米波MIMO混合預編碼系統技術方案為：

基站擁有N×M根天線，分為N個天線子陣列，僅用N個獨立RF鏈同時傳送K個用戶數據流，每用戶僅有單根接收天線，其中N≥K，且K是動態變化的，數據流處理具體過程為：

1)首先，基站側K個數據流由N×N個數字預編碼器進行預編碼處理；

2)數字預編碼器輸出然后連接到N個RF鏈路；

3)每路RF輸出經模擬預編碼器a_i再次預編碼，輸出M路相位不同射頻信號，模擬預編碼器由移相器組成，a_i(i＝1，...，N)是一個M×1列向量，具有相同幅度,但相位不同的；

4)最后，每組模擬預編碼之后的M個數據流最終發送到一個天線子陣列的M根天線上，并向空間輸出無線信號，因此，用戶側接收到的K×1信號列矢量y可表示為：

y＝ρHADs+n＝ρHPs+n (1)

其中ρ是平均接收功率，s＝[s₁,...,s_N]^T表示N×1列基帶發射信號矢量，當KN時，s_K+1,...,s_N用隨機擾碼作為空閑信道的信號輸入，并且假定P＝AD表示NM×N的混合預編碼矩陣,它包括數字預編碼和模擬預編碼，為了減少硬件的復雜性，將數字預編碼矩陣D設計為對角矩陣，并且第i個對角元素d_i,i是實常數，這意味著數字預編碼器可以通過簡單放大器實現，A表示NM×N模擬預解碼矩陣，如下所示：

式(2)中0代表M×1列的0向量，所以有P＝AD＝[p₁,p₂,...,p_N]，其中p_i是NM×1列向量，且每列僅有M個元素不為0。