[发明专利]一种低复杂度通用混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度通用混合预编码方法，包括以下步骤：在发送端对最优纯数字预编码矩阵进行奇异值分解后取左矩阵Ⅰ，用左矩阵Ⅰ中每个元素进行归一化后的列向量来构建模拟相移器对应的矩阵，从而完成混合预编码器设计；在接收端对最优无约束合并矩阵进行奇异值分解后取左矩阵Ⅱ，用左矩阵Ⅱ中每个元素进行归一化后的列向量来构建模拟相移器对应的矩阵，从而完成混合模式组合接收器的设计。对于任意的信道模型都能使用本发明来进行混合预编码，且不需要进过复杂的迭代，很大程度上减少了计算复杂度；当数据流与链路数相等或差距不大时，运用本发明方法设计的混合预编码器的频谱效率明显优于正交基追综算法，与最优纯数字预编码的性能最为接近。

技术领域

本发明涉及一种编码方法，特别涉及一种低复杂度通用混合预编码方法。

背景技术

毫米波(mmWave)信号比目前在大多数无线应用和蜂窝系统中使用的微波信号拥有更大的路径损耗。因此，毫米波系统必须利用大型天线阵列，使得减少波长，通过波束成形增益来对抗路径损耗。具有多个数据流的波束成形(称为预编码)可用于进一步提高毫米波频谱效率。在传统多天线系统中，由于无线数目不多，波束成形和预编码都在数字基带部分完成。然而，对于毫米波大规模MIMO收发结构，系统无法提供如此多的射频链路和功率消耗。因此，采用混合预编码方式，由基带预编码和模拟预编码共同完成预编码功能，即用一个低维的数字预编码器与一个高维的模拟预编码器通过少量的RF链路并联而形成。其中基带预编码可以消除用户之间的干扰，模拟预编码可以增加阵列增益来对抗由毫米波带来的路径损耗问题。

然而，虽然混合预编码的使用大大减小了RF链路数目从而降低了RF链路功耗，但是已有的混合预编码方法大多数只针对于某一种特定的信道，其通用性不强，而且它们的实现复杂度比较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种适用范围广的低复杂度通用混合预编码方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种低复杂度通用混合预编码方法，包括以下步骤：

步骤一：在发送端对最优纯数字预编码矩阵进行奇异值分解后取左矩阵Ⅰ，用左矩阵Ⅰ中每个元素进行归一化后的列向量来构建模拟相移器对应的矩阵，从而完成混合预编码器设计；

步骤二：在接收端对最优无约束合并矩阵进行奇异值分解后取左矩阵Ⅱ，用左矩阵Ⅱ中每个元素进行归一化后的列向量来构建模拟相移器对应的矩阵，从而完成混合模式组合接收器的设计。

上述低复杂度通用混合预编码方法，所述步骤一具体步骤为：

1-1)对N_t×N_s维的最优纯数字预编码矩阵F_opt进行奇异值分解，即：

公式中N_t为发射端天线数量，N_s为发送端向接收端发送的数据流数量，U_A为N_t×rank(F_opt)的酉矩阵，V_A是N_s×rank(F_opt)酉矩阵，表示V_A的共轭转置，rank(F_opt)为F_opt的秩，Σ_A为rank(F_opt)×rank(F_opt)是奇异值按从大到小排列的对角矩阵；从而U_A的列向量就构成F_opt的一组正交向量，用U_A的向量来表示F_opt的各个向量；

1-2)选取U_A前列，为发射端的RF链路数，对U_A前列的每个元素进行归一化处理后作为模拟预编码矩阵F_RF；