申请/专利权人：中国科学技术大学

申请日：2020-12-16

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN112653496A

主分类号：H04B7/0456(20170101)

分类号：H04B7/0456(20170101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.12.14#授权;2021.04.30#实质审查的生效;2021.04.13#公开

摘要：本发明公开了一种毫米波大规模MIMO系统的混合预编码方法，其步骤包括：1、信道建模，确定信道矩阵H，并对信道矩阵进行奇异值分解获得最优无约束全数字预编码矩阵，2、采用交替迭代的方法构造模拟预编码矢量，3、采用类似于匹配追踪的方式更新残差矩阵Fres，4、采用最小二乘法计算数字预编码矩阵并进行归一化处理，5、在接收端采用同样的步骤获得模拟结合矩阵和数字结合矩阵。本发明能够以相对较低的计算复杂度获得较优的接近全数字预编码方法的频谱效率，从而能够获得接近全数字预编码的信道容量，大幅节省射频链能耗。

主权项：1.一种毫米波大规模MIMO系统的混合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S0：根据窄带聚簇信道模型，随机生成信道矩阵H，并对所述信道矩阵H进行奇异值分解，得到右酉矩阵V；在发送端，取所述右酉矩阵V的前Ns个列向量构成最优无约束全数字预编码矩阵其中，Ns为发送数据流的数目；步骤S1：构建如式1所示的第一目标函数及其限制条件： 式1中，FRF为模拟预编码矩阵，FBB为数字预编码矩阵；FRFm,n为模拟预编码矩阵FRF的第m行第n列元素；且FRF每个元素的模值为1，随机初始化所述模拟预编码矩阵FRF的每个元素的相位，定义并初始化残差矩阵Fres＝Fopt，同时定义并初始化模拟矢量索引n＝1；步骤S2：采用交替迭代的方法构造模拟矢量；步骤S21：根据第一目标函数，构建如式2所示的第二目标函数及其约束条件： 式2中，f为模拟预编码矩阵FRF中的一个模拟矢量，且满足相应约束条件，fm表示模拟矢量f的第m个元素；可将所述模拟矢量f视为残差矩阵Fres列空间的主成分；将模拟矢量f表示为f＝fm+f-m，其中，fm是其自身的第m个元素与所述模拟矢量f相同，且其他元素均为零的列矢量；f-m为其自身的第m个元素为零，且其他元素均和模拟矢量f相同的列矢量；定义中间矩阵Fres_product＝FresFresH，初始化模拟矢量f为模拟预编码矩阵FRF的第n列，同时定义并初始化迭代次数i＝1；步骤S22：初始化m＝1；步骤S23：利用式3更新第i次迭代的列矢量得到更新后的第i次迭代的列矢量 式3中，fi表示第i次迭代的模拟矢量；步骤S24：利用式4更新第i次迭代的模拟矢量fi，得到更新后的第i次迭代的模拟矢量f′i： 式4中，表示f-m在第i次迭代的列矢量；步骤S25：将m+1赋值给m；并重复步骤S23至步骤S25，直至m＝Nt，从而更新第i次迭代的模拟矢量fi的所有元素，其中，Nt为发送天线的数目；步骤S3：利用式5对更新后的第i次迭代的模拟矢量f′i进行归一化，得到归一化后的第i+1次迭代的模拟矢量fi+1： 式5中，为哈达玛除法，即两向量逐元素对应相除，absf′i表示对fi逐元素取模；步骤S4：i+1赋值给i，重复步骤S22至步骤S4，直至i＝imax；从而得到最终的模拟矢量fimax，并将其赋值给模拟预编码矩阵FRF的第n列；步骤S5：利用式6得到更新后的残差矩阵F′res：F′res＝Fres-Fweight6式6中，Fweight为残差矩阵Fres在模拟矢量fimax方向上的分量矩阵，并有： 式6中，表示残差矩阵Fres在最终的模拟矢量fimax方向上的投影，为克罗内克积；步骤S6：将n+1赋值给n后，重复步骤S2至步骤S6，直至n＝NRF，NRF为射频链的数目，从而构造出NRF个模拟矢量并构成模拟预编码矩阵FRF；步骤S7：采用式8所示的最小二乘法计算数字预编码矩阵FBB： 式8中，为模拟预编码矩阵FRF的伪逆；步骤S8：利用式9对数字预编码矩阵FBB进行归一化，得到归一化后的数字预编码矩阵F′BB： 步骤S9：在接收端，由信道矩阵H的前Ns个左奇异向量构成Wopt并作为最优非约束结合矩阵，将所述最优无约束全数字预编码矩阵Fopt替换为最优非约束结合矩阵Wopt，从而按照步骤S1-步骤S8，得到模拟结合矩阵WRF和归一化后的数字结合矩阵W′BB。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国科学技术大学 一种毫米波大规模MIMO系统的混合预编码方法

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