[發(fā)明專利]多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的非線性混合預(yù)編碼設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010845429.6
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112118033B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王華;袁明浩;孫藝瑋;何東軒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發(fā)明公開了一種多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的非線性混合預(yù)編碼設(shè)計方法；首先基于格拉姆?施密特正交化思想，串行地設(shè)計每一個用戶對應(yīng)的基站端的模擬預(yù)編碼器與用戶端的模擬合成器，消除已完成模擬預(yù)編碼器設(shè)計的用戶對未完成設(shè)計的用戶的干擾；其次，通過對基站端和每個用戶端的模擬合成器進行QR分解，構(gòu)造低維的下行等效基帶信道，以降低后續(xù)數(shù)字預(yù)編碼器與數(shù)字合成器設(shè)計的計算復(fù)雜度；然后，利用上行鏈路?下行鏈路的對偶性，基于BD?UCD方法設(shè)計數(shù)字預(yù)編碼器與數(shù)字合成器，能夠顯著提高系統(tǒng)的總頻譜效率與誤碼率性能；最后，在基站端采用THP對全部用戶的數(shù)據(jù)流進行非線性預(yù)處理，以消除用戶間干擾和同一用戶的不同數(shù)據(jù)流之間的干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多用戶大規(guī)模MIMO(MassiveMultiple-Input Multiple-Output)系統(tǒng)下的非線性混合預(yù)編碼(Hybrid Precoding)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

大規(guī)模MIMO通過在基站部署數(shù)十甚至數(shù)百根天線以同時服務(wù)多個用戶，能夠顯著地提高系統(tǒng)容量和可靠性，因此被認(rèn)為是5G乃至6G無線通信系統(tǒng)的一項具有發(fā)展前景的關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)編碼技術(shù)能夠提供充分的波束成形增益，同時消除用戶之間的干擾。然而，對于在傳統(tǒng)微波頻段的MIMO系統(tǒng)中廣泛采用的全數(shù)字預(yù)編碼，其每個天線需要配備一條專用的射頻鏈路。由于高昂的硬件成本和巨大的功耗，在毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中采用全數(shù)字預(yù)編碼是不現(xiàn)實的。為了減少射頻鏈路的數(shù)目，近年來，有學(xué)者提出了混合預(yù)編碼技術(shù)的概念。混合預(yù)編碼可以通過一個高維度的模擬射頻預(yù)編碼與一個低維度的數(shù)字基帶預(yù)編碼級聯(lián)而成實現(xiàn)，能夠顯著減少射頻鏈路的數(shù)目，同時與全數(shù)字預(yù)編碼相比沒有明顯的性能損失，從而實現(xiàn)系統(tǒng)性能與硬件復(fù)雜度的折衷。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈指數(shù)級增長。因此，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下支持多用戶多數(shù)據(jù)流傳輸?shù)幕旌项A(yù)編碼技術(shù)成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的研究熱點。例如，文獻[1](“W.Ni and X.Dong,“Hybrid block diagonalization formassive multiuserMIMO systems,”IEEE Trans.Commun.,vol.64,no.1,pp.201-211,Jan.2016.”)針對多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，提出了基于等增益?zhèn)鬏?Equal GainTransmission,EGT)的模擬預(yù)編碼設(shè)計以提高天線陣列增益，以及基于塊對角化(BlockDiagonalization,BD)的數(shù)字預(yù)編碼來消除用戶間干擾。此外，文獻[2](“C.Hu,J.Liu,X.Liao,Y.Liu,and J.Wang,“A novel equivalent basebandchannel of hybridbeamforming in massive multiuser MIMO systems,”IEEE Commun.Lett.,vol.22,no.4,pp.764-767,Apr.2018.”)提出一種基于啟發(fā)式迭代算法的模擬射頻處理方法來最大化模擬預(yù)編碼器，信道和模擬合成器三者級聯(lián)而成的等效基帶信道(Equivalent BasebandChannel,EBC)的容量，然后在基帶采用BD技術(shù)消除多用戶干擾。與文獻[1]相比，文獻[2]提出的方案在總頻譜效率上具有一定提升，但其計算復(fù)雜度相對較高。