[發明專利]一種混合預編碼器及其設計方法

有效

• 申請號: 201910065149.0
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109861731B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 高鎮;孫藝瑋;肖振宇;王華
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04B7/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;郭德忠

1.一種混合預編碼器，其適用于毫米波場景下的大規模MIMO-OFDM系統，包括發射端射頻預編碼器、發射端基帶預編碼器、接收端射頻合成器和接收端基帶合成器，其特征在于，所述發射端射頻預編碼器的相位，為該預編碼器奇異值分解得到的前個奇異值對應的左奇異矢量，其中為發射端射頻鏈路數；所述接收端射頻合成器的相位，為最優全數字MMSE合成器經接收天線端信號自相關矩陣加權后奇異值分解得到的前個奇異值對應的左奇異矢量，其中為接收端射頻鏈路數；

當射頻預編碼為全連接時，所述發射端射頻預編碼器為其中N_t為接收天線數，U_f為最優全數字預編碼器奇異值分解得到的左奇異矢量；

當射頻預編碼為部分連接時，所述發射端射頻預編碼器為其中表示取集合的基數；為第r個射頻鏈路對應子陣的天線編號集合，為第r個射頻鏈路包含集合中對應的行數的最優全數字預編碼器奇異值分解得到的左奇異矢量；

當射頻預編碼為全連接時，所述接收端射頻合成器為其中，為接收端射頻鏈路數，U_f為最優全數字MMSE合成器經接收天線端信號自相關矩陣加權后奇異值分解得到的左奇異矢量。

2.如權利要求1所述的混合預編碼器，其特征在于，當射頻預編碼為部分連接時，所述接收端射頻合成器為其中表示取集合的基數，為第r個射頻鏈路對應子陣的天線編號集合，為第r個射頻鏈路包含集合中對應的行數的最優全數字MMSE合成器經接收天線端信號自相關矩陣加權后奇異值分解得到的左奇異矢量。

3.如權利要求1所述的混合預編碼器，其特征在于，當射頻預編碼為全連接時，所述接收端基帶合成器為W_BB[k]＝W_BB[k]Λ_eq；

其中，k＝1,2……K，K為天線載波數，其中W_RF為接收端射頻合成器，上角標H表示對矩陣做共軛轉置；為接收信號的自相關矩陣；W_opt為最優全數字MMSE合成器；

均衡器其中F_RF為發射端射頻預編碼器，為發射端基帶預編碼器。

4.一種混合預編碼器的設計方法，其特征在于，對如權利要求1所述的混合預編碼器進行設計，當射頻預編碼為全連接時，對于接收端射頻合成器的設計，包括如下步驟：

步驟2.1，獲得子載波上接收信號的自相關矩陣以及最優全數字MMSE合成器；其中第k個子載波上的接收信號自相關矩陣為：

其中F_RF為發射端射頻預編碼器，為發射端基帶預編碼器，H[k]為第k個子載波上的頻域信道，k＝1,2……K，K為天線載波數，上角標H表示對矩陣做共軛轉置，N_s為第k個子載波上發射的序列流數，表示噪聲方差，I_Nr為大小是N_r*N_r的單位矩陣，其中N_r為發射天線數；

第k個子載波上的最優全數字MMSE合成器的共軛矩陣為：

步驟2.2，將所有子載波下的最優全數字MMSE合成器乘上對應子載波下的自相關矩陣后一字排開作為數據集矩陣：

步驟2.3，對步驟2.2得到的數據集矩陣做奇異值分解

步驟2.4，接收端射頻合成器為：

其中為接收端射頻鏈路數，矩陣列數為射頻鏈路數且其中每個元素可用移相器實現的橫模約束形式。

5.如權利要求4所述的混合預編碼器的設計方法，其特征在于，在全連接的移相器網絡和天線組合下，發射端射頻鏈路數以及對應的接收端射頻鏈路數均為所有天線總數；

在部分連接的移相器網絡和天線組合下，發射端射頻鏈路數以及對應的接收端射頻鏈路數均為每個射頻鏈路對應子陣列的天線總數；

對于每個射頻鏈路對應子陣列單獨進行處理前，利用共享的凝聚層次分析方法進行動態子陣天線分組，具體步驟包括：

步驟3.1，將每根天線分為一組天線組數N_sub＝N_t；

步驟3.2，當天線組數時，進行迭代；每次迭代開始時，保存上一步迭代結果每次迭代遍歷所有組，對于當前組尋找使其關聯度最大的組其中對于組也在現有組中尋找其關聯度最大的組其中若i＝i⁰，則將組與組合為一組，反之不將其組合在一起并進入下一個組的處理中；當此次迭代所得的天線組數時，停止迭代并使用上一步迭代結果為輸出結果，即(i＝1,…,N_t)；若此時總組數將所有組按基數從小到大的順序排列，并將基數最小的個組并入與其關聯度最大的基數最大的個組中。