[發(fā)明專利]一種混合預編碼器及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910065149.0
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109861731B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高鎮(zhèn);孫藝瑋;肖振宇;王華
• 申請（專利權(quán)）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(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)，包括發(fā)射端射頻預編碼器、發(fā)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(fā)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(yīng)的左奇異矢量，其中為發(fā)射端射頻鏈路數(shù)；所述接收端射頻合成器的相位，為最優(yōu)全數(shù)字MMSE合成器經(jīng)接收天線端信號自相關(guān)矩陣加權(quán)后奇異值分解得到的前個奇異值對應(yīng)的左奇異矢量，其中為接收端射頻鏈路數(shù)；

當射頻預編碼為全連接時，所述發(fā)射端射頻預編碼器為其中N_t為接收天線數(shù)，U_f為最優(yōu)全數(shù)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(fā)射端射頻預編碼器為其中表示取集合的基數(shù)；為第r個射頻鏈路對應(yīng)子陣的天線編號集合，為第r個射頻鏈路包含集合中對應(yīng)的行數(shù)的最優(yōu)全數(shù)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(shù)，U_f為最優(yōu)全數(shù)字MMSE合成器經(jīng)接收天線端信號自相關(guān)矩陣加權(quán)后奇異值分解得到的左奇異矢量。

2.如權(quán)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(shù)，為第r個射頻鏈路對應(yīng)子陣的天線編號集合，為第r個射頻鏈路包含集合中對應(yīng)的行數(shù)的最優(yōu)全數(shù)字MMSE合成器經(jīng)接收天線端信號自相關(guān)矩陣加權(quán)后奇異值分解得到的左奇異矢量。

3.如權(quán)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(shù)，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(zhuǎn)置；為接收信號的自相關(guān)矩陣；W_opt為最優(yōu)全數(shù)字MMSE合成器；

均衡器其中F_RF為發(fā)射端射頻預編碼器，為發(fā)射端基帶預編碼器。

4.一種混合預編碼器的設(shè)計方法，其特征在于，對如權(quán)利要求1所述的混合預編碼器進行設(shè)計，當射頻預編碼為全連接時，對于接收端射頻合成器的設(shè)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(guān)矩陣以及最優(yōu)全數(shù)字MMSE合成器；其中第k個子載波上的接收信號自相關(guān)矩陣為：

其中F_RF為發(fā)射端射頻預編碼器，為發(fā)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(shù)，上角標H表示對矩陣做共軛轉(zhuǎn)置，N_s為第k個子載波上發(fā)射的序列流數(shù)，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(fā)射天線數(shù)；

第k個子載波上的最優(yōu)全數(shù)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(yōu)全數(shù)字MMSE合成器乘上對應(yīng)子載波下的自相關(guān)矩陣后一字排開作為數(shù)據(jù)集矩陣：

步驟2.3，對步驟2.2得到的數(shù)據(jù)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(shù)，矩陣列數(shù)為射頻鏈路數(shù)且其中每個元素可用移相器實現(xiàn)的橫模約束形式。

5.如權(quán)利要求4所述的混合預編碼器的設(shè)計方法，其特征在于，在全連接的移相器網(wǎng)絡(luò)和天線組合下，發(fā)射端射頻鏈路數(shù)以及對應(yīng)的接收端射頻鏈路數(shù)均為所有天線總數(shù)；

在部分連接的移相器網(wǎng)絡(luò)和天線組合下，發(fā)射端射頻鏈路數(shù)以及對應(yīng)的接收端射頻鏈路數(shù)均為每個射頻鏈路對應(yīng)子陣列的天線總數(shù)；

對于每個射頻鏈路對應(yīng)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(tài)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(shù)N_sub＝N_t；

步驟3.2，當天線組數(shù)時，進行迭代；每次迭代開始時，保存上一步迭代結(jié)果每次迭代遍歷所有組，對于當前組尋找使其關(guān)聯(lián)度最大的組其中對于組也在現(xiàn)有組中尋找其關(guān)聯(lián)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(shù)時，停止迭代并使用上一步迭代結(jié)果為輸出結(jié)果，即(i＝1,…,N_t)；若此時總組數(shù)將所有組按基數(shù)從小到大的順序排列，并將基數(shù)最小的個組并入與其關(guān)聯(lián)度最大的基數(shù)最大的個組中。