[发明专利]一种单小区MU-MISO混合预编码系统及其模拟波束选择方法

说明书

本发明公开了一种单小区MU‑MISO混合预编码系统及其模拟波束选择方法。本方法为：1)从大小为B的码本中随机选择N个码字构成初始模拟波束组合，对应N个射频链路形成的模拟波束；2)对模拟波束组合进行迭代计算；每轮迭代时选取一个射频链路改变模拟波束，其他射频链路对应模拟波束保持不变，计算当前轮迭代时各种新模拟波束组合对应的系统总速率，选择使系统总速率提升最大的新模拟波束组合作为本轮迭代结果；3)当迭代收敛或达到规定最大迭代次数L时，停止迭代，将最终的迭代结果作为最优的模拟波束组合。本发明复杂度远远小于穷举法，适合在实际系统中应用。

技术领域

本发明涉及一种单小区MU-MISO混合预编码系统及其模拟波束选择方法，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。为解决多用户多输入单输出系统(multi-user multiple-input single-output,MU-MISO)的用户间干扰问题，基站采用了预编码技术。传统的预编码技术在基带端对数字信号进行处理，需要每一根天线具有完整的射频链路，包括数模转换器以及功率放大器等射频器件，随着Massive MIMO系统天线数增多，极大增加了系统的硬件成本和功率能耗，给系统设计带来巨大的挑战。

为解决这一问题，已有研究提出混合预编码架构。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；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，通过分路、移相处理映射到各个天线上，这一过程称为模拟预编码。模拟预编码能够对信号进行波束赋型，增强信号方向性，降低用户间干扰，提升小区覆盖范围。在实际系统中，射频链路数通常小于实际天线数，同时对射频信号的处理仅需要简单的移相器，这些都极大降低了系统设计的成本。

在混合预编码系统中，每个射频链路所对应的模拟预编码向量通常需要从有限的码本中选取，形成模拟波束。假设基带采用ZF数字预编码，则系统总速率完全由模拟预编码矩阵决定，为了获得最大的系统总速率，需要考虑所有模拟波束组合进行性能比较，其复杂度随着码本大小呈指数级增长。因此需要研究一种低复杂度且性能较好的混合预编码系统的模拟波束选择方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种单小区下MU-MISO混合预编码系统的模拟波束选择方案。本发明的技术方案如下：

考虑单小区MU-MISO混合预编码系统的下行链路，假设基站有M根天线，N个射频链路，每个射频链路对应一个相应的模拟预编码向量，也称作模拟波束。模拟波束从大小为B的码本中选取，小区内共有K个单天线待调度用户，一般有K≤N≤M；基带采用ZF预编码，为用户平均分配功率。

本发明的技术方案为：

一种单小区MU-MISO混合预编码系统中的模拟波束选择方法，其步骤为：

1)从大小为B的码本中随机选择N个码字构成初始模拟波束组合，对应N个射频链路形成的模拟波束；其中单小区MU-MISO混合预编码系统的基站有M根天线、N个射频链路；

2)对模拟波束组合进行迭代计算；每轮迭代时选取一个射频链路改变模拟波束，其他射频链路对应模拟波束保持不变，计算当前轮迭代时各种新模拟波束组合对应的系统总速率，选择使系统总速率提升最大的新模拟波束组合作为本轮迭代结果；

3)当迭代收敛或达到规定最大迭代次数L时，停止迭代，将最终的迭代结果作为最优的模拟波束组合。

进一步的，每轮迭代时，从码本中选择码字构成一种新模拟波束组合，每一轮迭代中生成N·(B-1)新模拟波束组合，进行N·(B-1)次总速率计算。