[发明专利]基于并行算法的毫米波混合波束形成方法

摘要

本发明公开了一种基于并行算法的毫米波混合波束形成方法，主要解决现有匹配追踪算法OMP系统性能较低的问题。其实现方案是：1、通过设定系统的信噪比，得到发射端的功率门限；2、根据系统参数的设置，建立系统发送端与接收端的混合波束形成求解模型；3、采用交替优化方法对模型进行求解，其中模拟波束形成矩阵的求解采用并行算法；4、对发送端与接收端模拟波束形成矩阵与数字波束形成矩阵分别进行求解，完成系统混合波束形成的设计。本发明具有系统性能好，拥有较好的收敛特性，可用于通信领域毫米波通信系统。

主权项

基于并行算法的毫米波混合波束形成方法，包括如下步骤：(1)按照设定的系统信噪比，得到发送端的发送功率门限值P；(2)输入原始发送信号符号：其中Ns为发送数据流个数；(3)设置初始变量，包括：发送端数字波束形成矩阵发送端模拟波束形成矩阵接收端模拟波束形成矩阵接收端数字波束形成矩阵信道信息矩阵复高斯白噪声矩阵接收端到达信号的协方差矩阵等效翻转系统到达信号的协方差矩阵全射频链路连接情况下的最优数字波束形成发送端矩阵与接收矩阵其中k为毫米波干扰信道系统的第k个用户，j为毫米波干扰信道系统的第j个用户，Nt为发送天线的个数，Nr为接收天线的个数，为发送天线所拥有的射频链路的个数，为接收天线所拥有的射频链路的个数；(4)建立求解期望的系统接收端与发送端数字波束形成变量W和模拟波束形成变量F的优化模型：其中，表示矩阵的F范数，|Fij|表示矩阵F的第i行j列元素的模值；对于系统接收端：F表示为接收端模拟波束形成矩阵Fr,k，W表示为接收端数字波束形成矩阵Wr,k，D°表示为接收端全射频链路连接情况下的最优数字波束形成矩阵R表示为到达信号的协方差矩阵Ryk；对于系统发送端：F表示为发送端模拟波束形成矩阵Ft,k，W表示为发送端数字波束形成矩阵Wt,k，D°表示为发送端全射频链路连接情况下的最优数字波束形成矩阵R表示为等效翻转系统到达信号的协方差矩阵(5)固定模拟波束形成矩阵F，通过拉格朗日乘子算法对优化模型<1>中的数字波束形成矩阵W进行求解，得到数字波束形成矩阵W的求解表达式：其中，FH表示矩阵F的共轭转置，λ为拉格朗日乘子变量；(6)固定步骤(5)求解得到的数字波束形成矩阵W，通过并行算法对优化模型<1>中的模拟波束形成矩阵F进行求解，得到模拟波束形成矩阵F的值；(7)设置交替迭代的终止值为10‑2；(8)对上述步骤(5)与(6)进行迭代求解，直到的值满足步骤(7)设置的终止值，得到优化模型<1>期望的数字波束形成矩阵W和模拟波束形成矩阵F，完成毫米波MIMO干扰系统发送端与接收端混合波束形成的设计，其中，Fu与Wu表示第u次迭代时的模拟波束形成矩阵F与数字波束形成矩阵W的值；对于系统接收端：F表示为接收端模拟波束形成矩阵Fr,k，W表示为接收端数字波束形成矩阵Wr,k；对于系统发送端：F表示为发送端模拟波束形成矩阵Ft,k，W表示为发送端数字波束形成矩阵Wt,k。