[發(fā)明專利]低復(fù)雜度毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011485103.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN112468202B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張薇;陳勇;董繼承;楊博文;桑溪鴻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0456
• 分類號(hào): H04B7/0456;H04B7/0413
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明的目的在于提供低復(fù)雜度毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼方法，包括以下步驟：已知毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道矩陣H與天線陣列響應(yīng)矩陣A_t，通過(guò)A′_t的奇異值分解(SVD)獲取A_t的一組基向量，用來(lái)作為生成模擬預(yù)編碼矩陣F_RF的候選矢量集合；通過(guò)信道矩陣H的SVD獲取最優(yōu)數(shù)字預(yù)編碼矩陣F_opt，構(gòu)造F_opt與基向量相關(guān)的相關(guān)矩陣，并根據(jù)相關(guān)值大小對(duì)基向量排序；根據(jù)相關(guān)值大小，選取前N_RF個(gè)基向量生成模擬預(yù)編碼矩陣F_RF，并對(duì)F_RF進(jìn)行歸一化處理；確定模擬預(yù)編碼矩陣F_RF之后，根據(jù)混合預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)求解最佳的數(shù)字預(yù)編碼矩陣F_BB。對(duì)數(shù)字預(yù)編碼矩陣F_BB進(jìn)行功率約束處理，完成混合預(yù)編碼矩陣的構(gòu)建。本發(fā)明能夠達(dá)到逼近OMP算法的系統(tǒng)性能，而算法計(jì)算復(fù)雜度卻大大降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種無(wú)線通信方法。

背景技術(shù)

毫米波通信技術(shù)與大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術(shù)是第五代移動(dòng)通信中兩種相輔相成的關(guān)鍵技術(shù)。一方面毫米波較小的波長(zhǎng)，相比于傳統(tǒng)微波，在相同空間內(nèi)可以配置更多數(shù)量的天線陣列；另一方面大規(guī)模MIMO系統(tǒng)提供的大規(guī)模天線增益能夠有效地克服毫米波信號(hào)傳輸?shù)乃p與損耗。毫米波頻段(30-300GHz)可利用頻譜帶寬，信息容量大，是未來(lái)無(wú)線通信研究的重點(diǎn)方向之一。相比于低頻段微波，毫米波載頻增加了十倍，這意味著自由空間路徑損耗增加了十倍，同時(shí)雨水天氣還會(huì)加劇毫米波信號(hào)的衰減。大規(guī)模MIMO技術(shù)是通過(guò)增加傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中基站端天線的數(shù)量而演進(jìn)的技術(shù)，能夠在不增加系統(tǒng)頻譜帶寬的前提下顯著提升系統(tǒng)的信道容量及頻譜效率。隨著基站端天線數(shù)量的增加，可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的空間自由度，提升系統(tǒng)的魯棒性，同時(shí)不同用戶間的信道會(huì)呈現(xiàn)漸進(jìn)正交特性，表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼就能夠?qū)崿F(xiàn)非線性預(yù)編碼的系統(tǒng)性能。

混合預(yù)編碼技術(shù)是毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中主要的研究方向之一。傳統(tǒng)預(yù)編碼技術(shù)需要為每根天線配置射頻(Radio Frequency，RF)鏈。在毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，隨著基站端天線數(shù)量的增加，RF鏈路帶來(lái)的系統(tǒng)功耗及硬件成本將呈線性增長(zhǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)預(yù)編碼技術(shù)不再適用于毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。混合預(yù)編碼技術(shù)采用數(shù)字和模擬結(jié)合的預(yù)編碼方法，用少量的RF鏈路驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)逼近數(shù)字預(yù)編碼的系統(tǒng)性能，同時(shí)顯著降低系統(tǒng)功耗及硬件成本，是毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中最優(yōu)前景的信號(hào)處理方法。

目前混合預(yù)編碼技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)性能上的提升，其中OMP混合預(yù)編碼算法是最為主流的。OMP算法能夠?qū)崿F(xiàn)逼近全數(shù)字預(yù)編碼算法的系統(tǒng)性能，但是由于該算法涉及到迭代搜索的計(jì)算過(guò)程，隨著RF鏈路數(shù)的增加，算法的計(jì)算復(fù)雜度將呈指數(shù)增長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供系統(tǒng)頻譜效率相近、而計(jì)算復(fù)雜度顯著下降的低復(fù)雜度毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明低復(fù)雜度毫米波大規(guī)模MIMO混合預(yù)編碼方法，其特征是：

(1)已知毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道矩陣H與天線陣列響應(yīng)矩陣A_t，通過(guò)A′_t的奇異值分解SVD獲取A_t的一組基向量，用來(lái)作為生成模擬預(yù)編碼矩陣F_RF的候選矢量集合；

(2)通過(guò)信道矩陣H的SVD獲取最優(yōu)數(shù)字預(yù)編碼矩陣F_opt，構(gòu)造F_opt與基向量相關(guān)的相關(guān)矩陣，并根據(jù)相關(guān)值大小對(duì)基向量排序；

(3)根據(jù)相關(guān)值大小，選取前N_RF個(gè)基向量生成模擬預(yù)編碼矩陣F_RF，并對(duì)F_RF進(jìn)行歸一化處理；