[发明专利]面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法

权利要求书

1.一种面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)根据系统参数设定和信道状态信息，建立接收信号模型，其中，对于一个配备N_T根天线、N_R根射频链路的基站，服务K个用户终端的系统模型，基站与第k个用户之间的信道服从准静态块衰落，第k个用户在第t时刻的接收信号r_k,t表示为：

其中，T是传输的符号块长度，和分别表示t时刻的模拟预编码和数字预编码，表示加性复高斯白噪声，表示噪声方差，则所有用户在t时刻的接收信号表示为：

其中，

(2)根据接收信号，建立发射端混合预编码信号与接收端符号错误概率SEP之间的关系模型，包括：

待发射符号记为s_k,t表示t时刻发射给第k个用户的符号，K为用户数目，令是多进制正交幅度调制星座图所对应的点集：

其中，R是一个正整数，分别表示实部和虚部，则星座图的大小为M＝4R²；

在接收端，为了成功检测，要求发射信号满足：

其中，和分别表示中星座点实部和虚部的最小间隔，则接收端解调信号为：

其中，dec(x)表示将x投影到最近的星座点；

因此，用户k在t时刻的接收端符号错误概率表示成：

令则发射端混合预编码信号与接收端符号错误概率SEP之间的关系模型表示为：

其中，Q(·)为Q函数；

(3)基于发射信号功率约束，考虑模拟预编码器、数字预编码器的变化速率，进行多符号级模拟预编码和符号级数字预编码的匹配，并建立接收端用户的最大SEP最小化问题，具体包括：根据发射信号功率约束和接收端用户的最大SEP最小化，假设模拟预编码器变化1次时，数字预编码器变化L次，L是大于1的整数，且令T是L的整数倍，得到多符号级模拟和符号级数字混合预编码方案中的优化问题(2)：

s.t.

其中，t＝(t₁-1)L+t₂，t₁是模拟预编码器的变化时间，t₂是为了表示数字预编码器的变化时间而引入的变量；“min”表示最小化运算；“s.t.”表示约束条件，(2b)表示发射机处发射的混合预编码信号的功率约束，P是发射功率阈值；(2c)是模拟预编码器的离散相位约束，其元素总数为Q＝2^B，B是移相器的比特位数；(2d)是星座点实部和虚部的最小间隔的约束；

(4)基于所建立的问题，首先在发射信号功率约束下设计全数字符号级预编码SLP，以最小化接收端用户的最大SEP，然后建立全数字符号级预编码SLP和符号级混合预编码器的最小二乘问题，求解该问题得到基于发射信号功率约束下的混合预编码信号。

2.根据权利要求1所述的面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，其特征在于，所述优化问题(2)中关于SEP_k,t的表示进行如下等价转化：

令并带入发射端混合预编码信号与接收端符号错误概率SEP之间的关系模型得到：

则目标函数(2a)写为：

3.根据权利要求2所述的面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

1)在发射信号功率约束下设计全数字SLP，以最小化用户的最大SEP，求解该问题，得到全数字SLP，表示为x_t；

2)将转化后的优化问题(2)转化成个欧氏距离最小化问题，即对

s.t.

利用最小二乘法，通过依次更新模拟预编码器中列向量来求解上述优化问题。

4.根据权利要求3所述的面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，其特征在于，所述利用最小二乘法，通过依次更新模拟预编码器中列向量包括：

a)多符号模拟预编码决定了矩阵每一次都是更新L列向量，对使用混合预编码器逼近全数字SLP信号的残差值，残差值定义成：

其中，

b)根据得到每次更新的相位值，令l₂＝(l₁-1)L+1,l₃＝l₁L，

其中，是移相器相应的分辨率，[x]表示对x进行四舍五入运算，分别是和矩阵中各个元素的角度值；

c)利用最小二乘法求解相应的数字预编码矩阵，

d)重复步骤b)和c)，直到算法达到预设收敛条件，输出U^RF,u^BB。