[发明专利]基于并行算法的毫米波混合波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于并行算法的毫米波混合波束形成方法，主要解决现有匹配追踪算法OMP系统性能较低的问题。其实现方案是：1、通过设定系统的信噪比，得到发射端的功率门限；2、根据系统参数的设置，建立系统发送端与接收端的混合波束形成求解模型；3、采用交替优化方法对模型进行求解，其中模拟波束形成矩阵的求解采用并行算法；4、对发送端与接收端模拟波束形成矩阵与数字波束形成矩阵分别进行求解，完成系统混合波束形成的设计。本发明具有系统性能好，拥有较好的收敛特性，可用于通信领域毫米波通信系统。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信信号处理技术领域中的一种基于并行算法的毫米波混合波束形成方法。本发明可用于蜂窝网的毫米波通信系统中，通过基于并行优化算法进行系统的混合波束形成设计，实现信号的低失真传输。

背景技术

为解决无线通信中频谱资源紧张问题，毫米波混合波束形成技术作为无线通信信号处理技术领域的重要研究内容，已在雷达、无线通信等领域得到广泛关注，研究高性能与高效率的混合波束形成方法具有重要的意义。基于并行算法的混合波束形成方法以其性能好，算法计算可并行实现等诸多优势而受到越来越多的重视。

Ayach O E,Rajagopal S等人在其发表的学术论文“Spatially SparsePrecoding in Millimeter Wave MIMO Systems”(IEEE Transactions on WirelessCommunications，2014年，第13卷，第3期)中公开了一种混合波束形成方法。该方法采用正交匹配追踪OMP算法对模型中非凸非线性的恒模约束进行近似替换求解。

该方法由于算法简单且性能较优在毫米波混合波束形成技术中得到广泛的应用。但是，该方法存在的不足是，该方法的精确度与OMP算法的字典集的大小密切相关，字典集有限的条件下对恒模约束的近似处理不可避免的存在性能损失，OMP算法不能满足对系统性能要求越来越高的无线通信系统。

Chen,C在其发表的学术论文“An Iterative Hybrid Transceiver DesignAlgorithm for Millimeter Wave MIMO Systems”(IEEE Wireless CommunicationsLetters，2015年，第4卷，第3期)中，公开了一种混合波束形成方法。该方法采用一种迭代思路对OMP算法进行了改善优化，提高了OMP算法性能和简化了算法步骤。该方法存在的不足是，该方法仍然对恒模约束采用近似处理，对于系统性能要求更高的大规模毫米波通信系统，OMP算法并不是当前混合波束形成求解方法中最好的一个方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于并行算法的毫米波混合波束形成方法，提高了毫米波系统性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)按照设定的系统信噪比，得到发送端的发送功率门限值P；

(2)输入原始发送信号符号：其中N_s为发送数据流个数；

(3)设置初始变量，包括：发送端数字波束形成矩阵发送端模拟波束形成矩阵接收端模拟波束形成矩阵接收端数字波束形成矩阵信道信息矩阵复高斯白噪声矩阵接收端到达信号的协方差矩阵等效翻转系统到达信号的协方差矩阵全射频链路连接情况下的最优数字波束形成发送端矩阵与接收矩阵其中k为毫米波干扰信道系统的第k个用户，j为毫米波干扰信道系统的第j个用户，N_t为发送天线的个数，N_r为接收天线的个数，为发送天线所拥有的射频链路的个数，为接收天线所拥有的射频链路的个数；

(4)建立求解期望的系统接收端与发送端数字波束形成变量W和模拟波束形成变量F的优化模型：