[发明专利]一种用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法

说明书

本发明提出了一种用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法，包括以下步骤：在射频端，先假定所有载波上的模拟预编码相同，以最大化系统频谱效率为准则，利用完整的信道状态信息计算理想的模拟预编码矩阵；然后根据实际系统中的移相器特性，确定实际中每个载波上的模拟预编码矩阵，并在数字域设计相位修正矩阵，修正实际中不同载波上的模拟预编码发生的相位偏移，以逼近理想的模拟预编码，将相位修正矩阵与每个载波上发生相位偏移的模拟预编码矩阵相乘即为所设计的模拟预编码矩阵；最后，在基带处利用等效低维度的信道状态信息设计数字预编码矩阵，与前面得到模拟预编码相乘，即得混合预编码设计方案。

技术领域：

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法。

背景技术：

混合预编码是大规模MIMO的一个研究热点，当天线数目很大(成百上千)时，由于功耗和成本的问题，不可能为每根天线配备特定的射频链路(RF)，那么研究在使用少量RF的情况下部署大规模MIMO就变得非常的有意义。混合预编码在射频端利用低成本的移相器控制发射天线上信号的相位，实现模拟预编码，既降低了硬件成本，又减少系统所需的射频数量；在基带处利用等效低维度的信道状态信息(CSI)控制信号的幅度和相位，实现数字预编码。因此混合预编码可以在RF数远小于天线数目的情况下，实现大规模MIMO。目前，对混合预编码的研究主要集中在单载波系统，针对宽带系统混合预编码的研究工作相对较少，而且当前宽带混合预编码的设计是在假定每个子载波上的模拟预编码是相同条件下进行研究的，这只适合带宽与中心载频比相对较小的情况下。但是考虑到未来毫米波(30～300GHz)的应用，上述假设在实际中往往是不现实的。这是因为在宽带波束形成网络中的移相器通常是利用延迟线来实现，因而导致同样的延迟在不同载波上产生不同的相位，也就是说尽管我们只设置了一个模拟预编码矩阵，但是它在不同载波上会产生相位偏移。因此实际中不同载波上的模拟预编码是不同的，这会带来不可忽视的性能损失。

在当前的宽带系统混合预编码设计的研究中，很少考虑实际系统中的硬件实现的非理想特性；在过去带宽较窄的情况下，移相器的相位随频率的变化不算太大，其影响可忽略。而当前的毫米波技术的是超宽带的，例如在60GHz频段，带宽一般为2G。另一方面，在如此高频段，为了保证系统的性能，对硬件的加工精度要求非常精细，导致毫米波器件价格很高，因此需要中频链路。而常见的中频为2.75GHz，这会导致带宽与载频比接近0.5～1.5，因此相位偏移对模拟预编码的影响就变得不可忽略了。

综上所述，研究适用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法是很有必要的。

发明内容：

本发明的目的在于针对以上问题，提出了一种用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法，该方法可以提高实际宽带系统的混合预编码性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种用于实际宽带大规模MIMO系统的混合预编码设计方法，包括以下步骤：

1)在射频端，首先假定所有载波上的模拟预编码相同，以最大化系统频谱效率为准则，利用完整的信道状态信息设计理想的模拟预编码矩阵；

2)根据实际中移相器的特性，确定每个载波上发生相位偏移的模拟预编码矩阵，在数字域设计相位修正矩阵，修正实际中不同载波上的模拟预编码发生的相位偏移，以逼近步骤1)中得到的理想模拟预编码矩阵，将相位修正矩阵与每个载波上发生相位偏移的模拟预编码矩阵相乘即为所设计的模拟预编码矩阵；

3)在基带处，利用等效低维度的信道状态信息设计数字预编码矩阵；

4)将步骤2)中得到的模拟预编码和步骤3)中得到的数字预编码相乘，即得混合预编码设计方案。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：