[發(fā)明專利]毫米波多天線中繼系統(tǒng)中一種混合波束成型設(shè)計(jì)方案

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910973369.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110808767A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳遠(yuǎn)知;張揚(yáng);杜建和;羅欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)傳媒大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04B7/0452;H04B7/026;H04B7/024;H04B7/0426
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及毫米波多天線中繼系統(tǒng)中一種混合波束成型設(shè)計(jì)方案。針對(duì)解碼轉(zhuǎn)發(fā)毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)，主要解決頻譜效率和通信質(zhì)量較低的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：1)建立混合結(jié)構(gòu)和全連接結(jié)構(gòu)的毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)模型；2)通信過(guò)程分為信源傳輸信號(hào)至中繼，中繼解碼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)至用戶兩個(gè)階段；3)將原始非凸混合波束成型設(shè)計(jì)問(wèn)題規(guī)劃為兩個(gè)凸子問(wèn)題；4)信源到中繼解碼端的混合波束成型設(shè)計(jì)；5)中繼轉(zhuǎn)發(fā)端到用戶的混合波束成型設(shè)計(jì)。本發(fā)明所提混合波束成型設(shè)計(jì)方案在混合和全連接結(jié)構(gòu)中繼中的和速率都非常接近最優(yōu)的純數(shù)字域設(shè)計(jì)方案，實(shí)際應(yīng)用中還可根據(jù)不同的場(chǎng)景需求選擇合適的中繼結(jié)構(gòu)和所服務(wù)的用戶數(shù)目。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及毫米波多天線中繼系統(tǒng)中一種混合波束成型設(shè)計(jì)方案。

背景技術(shù)

毫米波通信作為未來(lái)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)很有發(fā)展前景的技術(shù)，可以應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、WLAN、WPAN等通信領(lǐng)域，已吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。由于毫米波波長(zhǎng)短，可以采用大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)獲得高天線增益，補(bǔ)償傳播損失。

當(dāng)通信距離較長(zhǎng)或者環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)，可以在信源和信宿之間利用中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)輔助毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的信號(hào)傳播，這樣不僅可以擴(kuò)大傳輸信號(hào)的覆蓋范圍，同時(shí)也能保證系統(tǒng)中各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間的信道為視距的，從而降低了傳播路徑損失和間歇性阻礙的影響。與放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼相比，解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼能夠通過(guò)再生數(shù)據(jù)更好的克服噪聲積累的影響，因此，解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼更適合未來(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)。

由于目前毫米波技術(shù)存在高功耗和高生產(chǎn)成本的問(wèn)題，使得毫米波大規(guī)模MIMO架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)純數(shù)字化。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用數(shù)字/模擬混合波束成型架構(gòu)，可以使用比數(shù)字波束成型架構(gòu)更少的RF鏈而達(dá)到相同的性能。混合波束成型設(shè)計(jì)通常采用全連接和部分連接這兩種經(jīng)典結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別在于，在使用相同數(shù)量的天線和射頻鏈的情況下，部分連接結(jié)構(gòu)所使用的相移器少于全連接結(jié)構(gòu)，減少了功率消耗，而且其布線也更簡(jiǎn)單，但是全連接結(jié)構(gòu)的性能略優(yōu)于部分連接結(jié)構(gòu)。

據(jù)我們所知，目前還沒(méi)有相關(guān)研究工作對(duì)解碼轉(zhuǎn)發(fā)毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)中的混合波束成型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究。本發(fā)明提出了一種有效的混合波束成型設(shè)計(jì)方案，填補(bǔ)了毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)在混合結(jié)構(gòu)上的理論空白，該方案同樣適用于全連接結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，提出毫米波多天線中繼系統(tǒng)中一種混合波束成型設(shè)計(jì)方案，能在混合結(jié)構(gòu)和全連接結(jié)構(gòu)中繼系統(tǒng)中獲得很好的和速率性能。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的毫米波多天線中繼系統(tǒng)中一種混合波束成型設(shè)計(jì)方案包括：

建立混合結(jié)構(gòu)和全連接結(jié)構(gòu)的毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)模型；

通信過(guò)程分為信源傳輸信號(hào)至中繼，中繼解碼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)至用戶兩個(gè)階段；

將原始非凸混合波束成型設(shè)計(jì)問(wèn)題規(guī)劃為兩個(gè)凸子問(wèn)題；

信源到中繼解碼端的混合波束成型設(shè)計(jì)；

中繼轉(zhuǎn)發(fā)端到用戶的混合波束成型設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，建立混合結(jié)構(gòu)和全連接結(jié)構(gòu)的毫米波大規(guī)模多用戶MIMO中繼系統(tǒng)模型，具體包括：

假設(shè)該中繼系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)都工作在半雙工模式，且信源和用戶之間沒(méi)有直接通信鏈路，必須通過(guò)中繼進(jìn)行信息交換，天線陣列為均勻線性陣列；