[发明专利]面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法

说明书

本发明公开了面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，所述方法通过混合预编码设计，在发射机的发射信号功率约束下，最小化接收端用户的最大符号错误概率(SEP)。针对混合预编码器中恒模约束和离散相位约束，本发明分两步实现混合预编码，首先求解发射信号功率约束下的全数字符号级预编码(SLP)，然后再最小化全数字符号级预编码器和混合预编码器之间的欧式距离来求解后者。针对模拟和数字预编码器件编码速率不同的问题，本发明提出多符号模拟和符号级数字匹配的混合预编码方案。本发明提出的混合预编码方案，在提高系统容量的同时满足低误码率要求，对大规模/超大规模MIMO通信系统的设计有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法。

背景技术

高可靠低时延是5G的一个主要无线传输场景，其中可靠性的一个具体表现就是传输的低误码率。传统方法中，往往在发射端采用多天线预编码技术来提升接收端的接收信噪比，从而提升系统容量。然而这样在高可靠系统中，难以满足其对误码率的要求。

多天线预编码技术在提高系统容量，提高系统频谱利用率方面表现巨大优势。然而，当基站(BS)端天线数急剧增加时，该技术也带来了接收机的设计复杂度问题和系统功耗问题。在大规模MIMO系统中，如果继续沿用全数字预编码方案，将会增加系统硬件功耗与实现复杂度。

混合预编码技术是解决该问题的有效途径。混合预编码器由模拟和数字预编码器组成。相比于数字预编码，模拟预编码器存在恒模约束和离散相位约束。此外，其预编码权值最大变化速率可能难以匹配数字预编码器，达到符号级变化速率，因此难以实现符号级预编码。这两点使得混合预编码设计难度极大。目前，已有不少关于混合预编码技术的研究，但是主要针对的基于符号级混合预编码的信噪比约束下的最小化功率问题，或是基于线性预编码的QoS约束下的最小功率问题，尚未有见到公开文献考虑误码率进行符号级混合预编码方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提出一种面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，直接以最小化误码率为目标，利用CSI和待发送符号的星座图结构来设计预编码信号，从而在提高系统容量的同时满足它对误码率要求。

技术方案：一种面向大规模MIMO的符号级混合预编码方法，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；

(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；

(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；

(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。

进一步地，所述步骤(1)包括：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，

进一步地，所述步骤(2)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，令是多进制正交幅度调制星座图所对应的点集：