[发明专利]一种基于等效信道的大规模MIMO系统混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种基于等效信道的大规模MIMO系统混合预编码方法，包括以下步骤：发射端对信道矩阵H进行奇异值分解，计算出全数字预编码矩阵F_opt；再对F_opt进行奇异值分解，获得模拟移相器预编码矩阵与基带数字编码矩阵；利用等效信道概念直接由F_opt的奇异值分解得到符合约束条件的模拟移相器矩阵和数字基带预编码矩阵，并得到等效信道根据实际信道矩阵H和等效信道求得幅度可变的模拟预编码补偿矩阵F_au，最后构成混合预编码矩阵。在接收端以最小均方误差法获得无约束组合器矩阵W_MMSE，对接收信号进行合并。本发明在射频链路数与数据流数目相等时的混合预编码方法无需经过迭代计算，有效地降低了计算复杂度，并且硬件成本与功耗也较低，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种编码方法，特别涉及一种基于等效信道的大规模MIMO系统的混合预编码方法。

背景技术

MIMO技术根据不同的应用场景可以分为单用户多输入多输出 (Single-UserMIMO)和多用户多输入多输出(Multi-User MIMO)。Massive MIMO是MU-MIMO的升级。大规模多输入多输出(Large scale MIMO)将传统MIMO的天线数增加，现有的原型机一般采用128根天线，现有文献的仿真大多采用100-256根天线。大规模MIMO最早是在2010年被一个叫做Tomas L.Marzetta的人提出的。文章指出通过增加基站端的天线，可以平均掉噪声、衰落、小区内干扰等。通过阵列天线增益来提高发射信号的发射功率，从而减小了对功率放大器的硬件要求。从传统的多输入多输出系统到大规模 MIMO技术的发展不仅仅是天线数量增加那么简单，与传统的MIMO相比大规模MIMO的信道特性，信号处理方式以及相关噪声都可能发生变化，它是由量变到质变的过程。

预编码技术和信号检测技术类似，都是采用信号处理技术对由信道和接收噪声引起的干扰进行消除，不同的是前者是在发射端进行的而后者是在用户端进行的。现有的预编码方法大多比较复杂，实用性较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种复杂度低、实用性强的基于等效信道的大规模MIMO系统的混合预编码方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于等效信道的大规模MIMO系统的混合预编码方法，包括以下步骤：

步骤一：发射端将信道矩阵H进行奇异值分解，计算出全数字预编码矩阵 F_opt；

步骤二：在射频链路数与数据流数目相等的情况下将F_opt进行奇异值分解，获得模拟移相器预编码矩阵F_RF与基带数字编码矩阵F_BB；

步骤三：利用等效信道概念构造一个新的模拟移相器预编码矩阵，获得新的改写矩阵；

步骤四：由步骤三得到的新的改写矩阵求得等效信道矩阵根据信道矩阵H和等效信道矩阵求得幅度可变的模拟预编码矩阵F_au，最后构成混合预编码矩阵，并通过天线发送出去；

步骤五：在接收端处以最小均方误差法获得无约束组合器矩阵W_MMSE，对接收到的信号进行合并。

上述基于等效信道的大规模MIMO系统的混合预编码方法，所述步骤一的具体步骤为：

1-1)对信道矩阵H进行奇异值分解，即其中U_c是一个维度为N_Bs×N_Bs的酉矩阵,其中N_BS代表基站天线数目，是一个维度为N_s×N_s的酉矩阵，其中N_S是终端天线数目，∑_c是一个维度为N_Bs×N_s的对角矩阵；