[发明专利]毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法。本发明部分连接混合预编码方案的每个射频链路对应的预编码方案与在不考虑射频链路的情况下的最优数字预编码方案相对应位置之间求取F范数最小值，从而通过每次计算求出一个射频链路的数字预编码矩阵与模拟预编码矩阵。每个射频链路的模拟预编码矩阵相位为最优数字预编码矩阵最大奇异值向量的相位，其数字预编码矩阵元素实部为模拟预编码矩阵的共轭转置乘以对应位置最优数字预编码向量的实部，数字预编码矩阵元素虚部为模拟预编码矩阵的共轭转置乘以对应位置最优数字预编码向量虚部的相反数。本发明能够以更低的算法复杂度获得比模拟预编码更高的系统可达和速度。

技术领域

本发明属于信息与通信工程技术领域，涉及无线通信系统中的毫米波大规模MIMO技术，具体是一种部分连接毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法。

背景技术

近年来随着无线通信设备与多媒体业务要求的提高，无线通信网络中传统频段带宽已经无法满足需求。毫米波的频段工作在30GHz-300GHz，相比于传统电磁波具有更高的带宽。但是，由于毫米波的波长较短，其适合在发送端和接收端布置大量天线来补偿毫米波信道的路径损失，从而改善信道传输质量。因此需要将毫米波与大规模MIMO系统进行结合。对于毫米波大规模MIMO下行链路，由于毫米波具有更高的频率，因此与天线连接的射频链路需要的频率会更高，这无疑就增加了基站的硬件成本。因此，需要降低射频链路的使用来减少基站的硬件成本，并且使得下行链路的可达和速率性能得到保证。

针对这一问题，有研究者将射频链路全部以功耗与成本更低的移相器来进行模拟预编码，但是该方案使得系统下行可达和速率损失严重。因此，将射频链路与移相器相结合的混合预编码方案被提出。现有的混合预编码方案分为三种：部分连接混合预编码方案、全连接混合预编码方案和混合连接混合预编码方案。目前部分连接混合预编码方案大多是以系统可达和速率为目标或者自行设计混合预编码矩阵，但该类方案的复杂度相对较高，且性能有所损失。

发明内容

为了解决现有部分连接毫米波大规模MIMO系统中存在的上述问题，本发明提供了一种毫米波大规模MIMO系统中低复杂度混合预编码方法。本发明针对毫米波大规模MIMO系统下行链路，，部分连接混合预编码方案的每个射频链路对应的预编码方案与在不考虑射频链路的情况下的最优数字预编码方案相对应位置之间求取Frobenius范数最小值，从而通过每次计算求出一个射频链路的数字预编码矩阵与模拟预编码矩阵。每个射频链路的模拟预编码矩阵相位为最优数字预编码矩阵最大奇异值向量的相位，其数字预编码矩阵元素实部为模拟预编码矩阵的共轭转置乘以对应位置最优数字预编码向量的实部，数字预编码矩阵元素虚部为模拟预编码矩阵的共轭转置乘以对应位置最优数字预编码向量虚部的相反数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1.确定系统模型并进行问题描述：

1-1.毫米波大规模MIMO系统信道模型；

考虑单小区毫米波大规模MIMO下行链路系统，配有N个射频链路，每个射频链路连接M个移相器，发送数据流N_s，接收天线数为N_r。毫米波大规模MIMO系统信道采用几何的Saleh-Valenzuela模型：