[发明专利]一种MU-MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵生成方法

说明书

本发明公开了一种MU‑MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵生成方法，其步骤包括：1)将MU‑MISO混合预编码系统的等效信道矩阵的最小特征值作为MU‑MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵的性能指标；2)根据所述性能指标构建凸优化问题的目标函数，将该目标函数作为求解所述模拟预编码矩阵的目标函数；3)将所述模拟预编码矩阵的求解问题转化为标准的凸优化问题，根据凸优化理论求解该凸优化问题，获得所述模拟预编码矩阵。仿真实验结果表明，基于本方案的系统性能优于其他相关研究成果的性能。

技术领域

本发明涉及一种MU-MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵生成方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

大规模多输入多输出系统(Massive multiple-input multiple-output,MassiveMIMO)被视作第五代移动通信系统的关键技术之一，能够大幅度提升频谱利用率。随着天线数量的增多，如果每根天线连接一个完整的射频链路，将会导致系统硬件成本过高。为解决这一问题，已有研究提出了混合预编码架构。具体来说，发射机对信号的处理分为基带和射频两个阶段：基带处理即传统的数字预编码过程，将用户数据映射到射频链路前端，通常可用于消除用户间干扰，如已有的迫零(zero-foring，ZF)技术；接下来经过数字预编码的信号通过射频链路进行上变频转换为射频信号，再经过分路、移相处理将信号发送至物理天线，这一过程称为模拟预编码。与传统全数字预编码相比，混合预编码优势在于用新增的模拟预编码环节，它能够完成少量射频链路到大量物理天线的映射，一方面能够有效控制射频器件过高的成本，一方面保留了多天线带来的性能增益。

在实际应用中，联合设计数字和模拟预编码矩阵是混合预编码的一大挑战。由于评价系统性能的目标函数以及模拟预编码矩阵的约束条件具有非凸性，很难通过优化理论获得最优解。现有的研究通常分两步进行求解：首先根据特定准则设计模拟预编码矩阵，由此得到等效信道矩阵，再根据等效信道矩阵进行数字预编码。在这一过程中，如何选择合适的等效信道矩阵性能指标直接影响模拟预编码矩阵的求解，进而决定了数字预编码矩阵的形式和系统性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种MU-MISO混合预编码系统的模拟预编码矩阵生成方法，能够根据数字预编码的特点，通过合理设置性能指标快速获得模拟预编码矩阵，保证较高的系统总速率。

本发明的技术方案为：

一种MU-MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵生成方法，其步骤包括：

1)将MU-MISO混合预编码系统的等效信道矩阵的最小特征值作为MU-MISO混合预编码系统模拟预编码矩阵的性能指标；

2)根据所述性能指标构建凸优化问题的目标函数，将该目标函数作为求解所述模拟预编码矩阵的目标函数；

3)将所述模拟预编码矩阵的求解问题转化为标准的凸优化问题，根据凸优化理论求解该凸优化问题，获得所述模拟预编码矩阵。

进一步的，所述目标函数为最小特征值函数。

进一步的，所述目标函数为：其中，λ_min()为最小特征值函数，H为信道矩阵，W_RF为模拟预编码矩阵，(W_RF)_i,j表示矩阵W_RF第i行、第j列的元素，M为MU-MISO混合预编码系统中基站的天线根数，N为MU-MISO混合预编码系统中基站的射频链路总数，K≤N≤M。

进一步的，对所述目标函数进行转化，得到其中，表示M维半正定函数的集合。

进一步的，所述步骤3)中，通过对所述模拟预编码矩阵的约束条件进行放缩处理，将所述模拟预编码矩阵的求解问题转化为标准的凸优化问题。