[發(fā)明專利]一種在毫米波MIMO系統(tǒng)中基于分層設(shè)計的迭代混合預(yù)編碼方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910073932.1 | 申請日： | 2019-01-25 |
| 公開（公告）號： | CN109714091B | 公開（公告）日： | 2021-04-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 鄒衛(wèi)霞;張然 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京郵電大學 |
| 主分類號： | H04B7/0456 | 分類號： | H04B7/0456 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 100876 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 毫米波 mimo 系統(tǒng) 基于 分層 設(shè)計 混合 預(yù)編 方法 | ||
1.一種毫米波MIMO系統(tǒng)中基于分層設(shè)計的迭代混合預(yù)編碼方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟一.建立毫米波MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼問題模型；
步驟二.引入分層設(shè)計的思想，對數(shù)模混合預(yù)編碼進行設(shè)計；
步驟三.假設(shè)已知最優(yōu)的模擬預(yù)編碼矩陣，設(shè)計數(shù)字預(yù)編碼矩陣以進一步提高系統(tǒng)的頻譜效率；
步驟四.提出迭代求解的設(shè)計策略，并推導(dǎo)出模擬預(yù)編碼矩陣的近似最優(yōu)解閉式解；
步驟五.輸出最優(yōu)的數(shù)字預(yù)編碼矩陣和模擬預(yù)編碼矩陣；
其中，所述的步驟一中的混合預(yù)編碼問題模型為：
上述公式中，F(xiàn)RF表示模擬預(yù)編碼矩陣，F(xiàn)BB表示數(shù)字預(yù)編碼矩陣，I為單位矩陣，ρ為平均接收功率，是噪聲的方差，H表示基站端和用戶端之間的信道，因為模擬預(yù)編碼是通過移相器實現(xiàn)的，因此必須滿足恒模的約束，即|FRF(i,j)|＝1，此外，表示發(fā)射端的功率約束，Ns為數(shù)據(jù)流數(shù)；
所述的步驟二中，引入分層設(shè)計的思想，設(shè)計毫米波混合預(yù)編碼，具體來說，首先假設(shè)模擬預(yù)編碼矩陣已知，設(shè)計數(shù)字預(yù)編碼矩陣；其次，基于已獲得的數(shù)字預(yù)編碼矩陣，設(shè)計模擬預(yù)編碼矩陣；
所述的步驟三中，為了進一步簡化混合預(yù)編碼矩陣的設(shè)計，并在功率約束下解耦數(shù)字預(yù)編碼矩陣和模擬預(yù)編碼矩陣，引入虛擬變量假設(shè)則數(shù)字預(yù)編碼的設(shè)計可表示為：
式中，被定義為一個等效信道矩陣，由于上式僅有一個變量，可以利用注水算法求得虛擬變量
其中，Ve表示等效信道矩陣的右奇異矩陣的前Ns列，Pe表示對角矩陣，其對角元素是為每條數(shù)據(jù)流所分配的功率，因此，數(shù)字預(yù)編碼矩陣可表示為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分層設(shè)計的迭代混合預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)步驟四，提出迭代求解的設(shè)計策略，并推導(dǎo)出模擬預(yù)編碼矩陣的最優(yōu)解閉式解，根據(jù)已有文獻中的結(jié)論，即當天線數(shù)趨于無窮大時，模擬預(yù)編碼矩陣滿足因此，在射頻鏈的數(shù)量等于數(shù)據(jù)流數(shù)的情況下，最優(yōu)的數(shù)字預(yù)編碼矩陣滿足其中，μ2＝1/Nt表示歸一化因子，Nt為發(fā)送端的天線數(shù)，相應(yīng)的模擬預(yù)編碼矩陣設(shè)計可表示為：
上式中由于FRF的列排列不會改變的結(jié)果，因此可以將重寫為
式中，(FRF)-j為FRF除去第j列fj后的子矩陣，因此，模擬預(yù)編碼矩陣的設(shè)計可進一步化簡為：
式中，定義為輔助矩陣，如果選取合適的初始矩陣FRF并且假設(shè)(FRF)-j是固定的，可以將模擬預(yù)編碼矩陣優(yōu)化問題分解為一系列子問題，且第j個子問題可表示為：
上式可進一步化簡為：
定義一個中間矩陣上式的主函數(shù)可簡化為：
式中，fj(-i)表示除去fj的第i個元素fj(i)后的剩余子向量，Mj(i,i)表示矩陣Mj的第i行第i列對應(yīng)的元素，Mj(-i,i)表示矩陣Mj的第i列向量中除去第i行元素后的子向量，Mj(-i,-i)表示除去矩陣Mj的第i行第i列個元素的子矩陣，表示取實部；根據(jù)上式，對于fj(i)的設(shè)計可表示為：
因此，關(guān)于fj(i)的最優(yōu)閉式解可表示為：
式中，對于任意的復(fù)變量x，有
因此，基于fj(i)的最優(yōu)解，可以利用迭代的方法可求得最優(yōu)的模擬預(yù)編碼矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分層設(shè)計的迭代混合預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)步驟五，在毫米波MIMO系統(tǒng)中，輸出數(shù)字預(yù)編碼矩陣FBB和模擬預(yù)編碼矩陣FRF。
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