[发明专利]一种混合预编码器及其设计方法

权利要求书

1.一种混合预编码器，其适用于毫米波场景下的大规模MIMO-OFDM系统，包括发射端射频预编码器、发射端基带预编码器、接收端射频合成器和接收端基带合成器，其特征在于，所述发射端射频预编码器的相位，为该预编码器奇异值分解得到的前个奇异值对应的左奇异矢量，其中为发射端射频链路数；所述接收端射频合成器的相位，为最优全数字MMSE合成器经接收天线端信号自相关矩阵加权后奇异值分解得到的前个奇异值对应的左奇异矢量，其中为接收端射频链路数；

当射频预编码为全连接时，所述发射端射频预编码器为其中N_t为接收天线数，U_f为最优全数字预编码器奇异值分解得到的左奇异矢量；

当射频预编码为部分连接时，所述发射端射频预编码器为其中表示取集合的基数；为第r个射频链路对应子阵的天线编号集合，为第r个射频链路包含集合中对应的行数的最优全数字预编码器奇异值分解得到的左奇异矢量；

当射频预编码为全连接时，所述接收端射频合成器为其中，为接收端射频链路数，U_f为最优全数字MMSE合成器经接收天线端信号自相关矩阵加权后奇异值分解得到的左奇异矢量。

2.如权利要求1所述的混合预编码器，其特征在于，当射频预编码为部分连接时，所述接收端射频合成器为其中表示取集合的基数，为第r个射频链路对应子阵的天线编号集合，为第r个射频链路包含集合中对应的行数的最优全数字MMSE合成器经接收天线端信号自相关矩阵加权后奇异值分解得到的左奇异矢量。

3.如权利要求1所述的混合预编码器，其特征在于，当射频预编码为全连接时，所述接收端基带合成器为W_BB[k]＝W_BB[k]Λ_eq；

其中，k＝1,2……K，K为天线载波数，其中W_RF为接收端射频合成器，上角标H表示对矩阵做共轭转置；为接收信号的自相关矩阵；W_opt为最优全数字MMSE合成器；

均衡器其中F_RF为发射端射频预编码器，为发射端基带预编码器。

4.一种混合预编码器的设计方法，其特征在于，对如权利要求1所述的混合预编码器进行设计，当射频预编码为全连接时，对于接收端射频合成器的设计，包括如下步骤：

步骤2.1，获得子载波上接收信号的自相关矩阵以及最优全数字MMSE合成器；其中第k个子载波上的接收信号自相关矩阵为：

其中F_RF为发射端射频预编码器，为发射端基带预编码器，H[k]为第k个子载波上的频域信道，k＝1,2……K，K为天线载波数，上角标H表示对矩阵做共轭转置，N_s为第k个子载波上发射的序列流数，表示噪声方差，I_Nr为大小是N_r*N_r的单位矩阵，其中N_r为发射天线数；

第k个子载波上的最优全数字MMSE合成器的共轭矩阵为：

步骤2.2，将所有子载波下的最优全数字MMSE合成器乘上对应子载波下的自相关矩阵后一字排开作为数据集矩阵：

步骤2.3，对步骤2.2得到的数据集矩阵做奇异值分解

步骤2.4，接收端射频合成器为：

其中为接收端射频链路数，矩阵列数为射频链路数且其中每个元素可用移相器实现的横模约束形式。

5.如权利要求4所述的混合预编码器的设计方法，其特征在于，在全连接的移相器网络和天线组合下，发射端射频链路数以及对应的接收端射频链路数均为所有天线总数；

在部分连接的移相器网络和天线组合下，发射端射频链路数以及对应的接收端射频链路数均为每个射频链路对应子阵列的天线总数；

对于每个射频链路对应子阵列单独进行处理前，利用共享的凝聚层次分析方法进行动态子阵天线分组，具体步骤包括：

步骤3.1，将每根天线分为一组天线组数N_sub＝N_t；

步骤3.2，当天线组数时，进行迭代；每次迭代开始时，保存上一步迭代结果每次迭代遍历所有组，对于当前组寻找使其关联度最大的组其中对于组也在现有组中寻找其关联度最大的组其中若i＝i⁰，则将组与组合为一组，反之不将其组合在一起并进入下一个组的处理中；当此次迭代所得的天线组数时，停止迭代并使用上一步迭代结果为输出结果，即(i＝1,…,N_t)；若此时总组数将所有组按基数从小到大的顺序排列，并将基数最小的个组并入与其关联度最大的基数最大的个组中。