[发明专利]一种混合波束赋形子连接结构的配置方法和装置

说明书

本发明提出了一种混合波束赋形子连接结构的配置方法和装置，该方法包括如下步骤：在基站上配置N根天线和M个射频链；将所述基站的N根天线分成M个天线子陈列，所述天线子阵列与射频链一一对应，计算每个天线子阵列中包含的天线数量；根据用户数目K计算其约数i，用集合D表示；对集合D中的每个元素做循环，计算每个约数i所对应的互信息值并记录；获取所有互信息值中的最大值，则其对应的约数i为最佳交错结构的交错因子；根据所述交错因子对子连接结构进行配置。本发明能够减少基站天线数目较多时大规模MIMO系统的射频链数量，适用于毫米波通信系统下，该方法收敛速度快，易于实现以及系统能量效率高。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种混合波束赋形子连接结构的配置方法和装置。

背景技术

毫米波和大规模MIMO技术是5G的关键技术之一，近年来得到了广泛的研究。毫米波技术被应用的主要原因之一是：相对于较低的频段来说，毫米波频段资源更加丰富，能带来更高的系统容量。此外，毫米波频率高，波长短，易部署。但在毫米波系统中，信号容易被遮挡，会造成很大的损耗，而大规模MIMO的波束赋形技术能为信号带来巨大增益。因此，将毫米波技术与大规模MIMO技术相结合，能够大大提高系统的性能。

就传统的波束赋形技术而言，模拟波束赋形技术的性能达不到要求，而全数字波束赋形技术由于使用大量的射频链路，会为系统带来巨大的开销。因此，这两者都不能满足当前毫米波大规模MIMO系统的要求。从而，混合波束赋形技术应运而生。混合波束赋形技术是一种可行的方案，不仅能够达到系统性能的要求而且能够大大降低系统开销。

根据天线与射频链连接的拓扑结构，混合波束赋形结构可以进一步分为两种，全连接结构及子连接结构。在全连接结构中每一根天线与所有的射频链相连接，而在子连接结构中，一组天线与一根射频链相连接，这一组天线是天线阵列的子集，称为天线子阵列。子连接结构的频谱效率略低于全连接结构，但相比于全连接结构，子连接结构中移相器数量较少，功耗更低。因此，子连接结构具有更高的能量效率。子连接结构在系统性能和硬件复杂度之间达到权衡。根据天线子阵列的构成方式，子连接结构分为局部结构和交错结构两类。对于局部结构，天线子阵列中的天线是相邻且连续的，而在交错结构中天线子阵列的天线是均匀地分散在整个天线阵列中。

交错结构在近年来广泛受到关注。在“ZHANG J A, HUANG X, DYADYUK V, et al.Massive hybrid antenna array for millimeter-wave cellular communications [J].IEEE Wireless Communications, 2015, 22(1): 79-87.” 中证明了交错子连接结构能够使用更低复杂度的算法、更迅速地实现到达角估计。在“PARK S, ALKHATEEB A, HEATH RW. Dynamic Subarrays for Hybrid Precoding in Wideband mmWave MIMO Systems[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2017, 16(5): 2907-20.”中探究了固定的交错子连接结构的系统性能。

2015年，在“ZHANG J A, HUANG X, DYADYUK V, et al. Massive hybridantenna array for millimeter-wave cellular communications [J]. IEEE WirelessCommunications, 2015, 22(1): 79-87.”中，虽然作者考虑了影响交错子连接结构频谱效率的因素，体现了不同的交错子连接结构对整体系统性能有较大影响，但并没有提供关于最优交错结构的具体参数，以及不同交错子连接结构对系统性能有何影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种混合波束赋形子连接结构的配置方法和装置，该方法简单可行，尤其适用于毫米波系统下基站天线数目较多或用户数目较多的场景。