[发明专利]一种基于信道等效的联合混合预编码方法

权利要求书

1.一种基于信道等效的联合混合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在发射端对信道矩阵H进行奇异值分解，获得全数字预编码矩阵F_opt；

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_P是一个N_r×N_r维的酉矩阵，Σ_P是一个N_r×N_t维的对角矩阵，是一个N_t×N_t维的酉矩阵，N_r是接收天线数，N_t是发射天线数；

1-2)取的前N_s列构成全数字预编码矩阵F_opt，N_s为数据流数量；

步骤二：对全数字预编码矩阵F_opt进行奇异值分解，获得模拟移相器预编码矩阵和基带数字预编码矩阵

步骤二的具体步骤为：

2-1)对全数字预编码矩阵F_opt进行奇异值分解，得其中U_F是一个N_t×N_t维的包含模拟移相器角度信息的酉矩阵，U_F中的元素是维度为N_t×1的列向量，Σ_F是一个N_t×N_s维的对角矩阵，是一个N_s×N_s维的酉矩阵，中的元素是维度为N_s×1的列向量；

2-2)考虑RF链数量等于数据流数量的场景，因此U_F中前N_s列向量对应于U_F中前N_s个最大特征值，将U_F中所有的元素进行归一化处理，并取U_F的前N_s列构成模拟相移器预编码矩阵即

其中表示中第N_S行第N_BS列的元素；

2-3)F_opt由N_s项组成，改写为其中改写后的第i项F_i＝U_iσ_iV_i^*，U_i和V_i^*分别是F_opt奇异值分解后得到的两个酉矩阵中的第i列向量，σ_i是F_opt奇异值分解后对角矩阵Σ_F中第i项对角元素，令代表其中的第N_s个元素，则其中代表模拟移相器，代表酉矩阵U_F中第i行第N_t列个元素，代表基带数字预编码矢量，将进行单位化处理，得新的矩阵用作模拟移相器矩阵使用，代表其中的第N_BS个元素，利用等效信道概念，使两个分解矩阵满足给定的约束条件，此时改写成如下形式：

F_i为全数字预编码矩阵F_opt的第i列元素，令代表矩阵的第i列元素，且令则模拟移相器矩阵表示为代表酉矩阵U_F第N_s列元素经过单位化后得到的向量，基带数字预编码矩阵表示为代表矩阵的第N_s列元素；

步骤三：利用等效信道概念、模拟移相器预编码矩阵和基带数字预编码矩阵计算得到等效信道矩阵

步骤三的具体步骤为：

3-1)根据步骤二中得到的和更新F_opt，更新后的F_opt用表示；

3-2)信道矩阵中的用表示，其中V₁包含的前N_s列，维度为N_t×N_s，V₂包含的后(N_t-N_s)列，维度为N_t×(N_t-N_s)，令则更新后的用表示；

3-3)利用等效信道概念构造一个新的等效信道矩阵即

步骤四：利用信道矩阵H和等效信道矩阵计算得到补偿预编码矩阵G_au；

步骤四的具体步骤为：

4-1)令模拟移相器矩阵令数字移相器矩阵

4-2)对于实际信道矩阵H，在等效信道概念被利用后保持不变，等效信道矩阵用辅助矩阵G_au表示为则计算得H^*为H的共轭转置矩阵；

步骤五：在接收端利用最小均方误差MMSE准则和补偿预编码矩阵G_au计算得到全数字组合矩阵W_opt；

步骤五的具体步骤为：

5-1)令其中y是接收到的信号，是接收信号y的等效信号；

5-2)利用最小均方误差MMSE准则计算得到最优全数字组合矩阵ρ其中为接收信号的平均概率，为高斯白噪声方差，表示维度为N_s×N_s的单位矩阵，H^*分别为F_BB、F_RF、H的共轭转置矩阵；

5-3)计算实际的全数字组合矩阵

步骤六：对全数字组合矩阵W_opt进行奇异值分解，计算得到模拟移相器组合矩阵W_RF和基带数字组合矩阵W_BB；

步骤六的具体步骤为：

6-1)对W_opt进行奇异值分解，得其中酉矩阵维度为为酉矩阵U_r的第N_BS列向量，对角矩阵维度为代表对角矩阵Σ_r的第N_s个对角元素，酉矩阵维度为N_s×N_s，代表酉矩阵V_r^*的第N_s列向量；

6-2)取矩阵U_r的前N_s列构成矩阵即代表的第N_s列元素；

6-3)对进行归一化处理，得模拟移相器组合矩阵W_RF，即

6-4)由于W_opt＝W_RFW_BB，所以得基带数字组合矩阵为W_RF的共轭转置矩阵。