[发明专利]一种基于几何构造的毫米波数字模拟混合预编码设计方法

权利要求书

1.一种基于几何构造的毫米波数字模拟混合预编码设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据发射端天线与接收端天线的信道状态信息计算纯数字预编码矩阵F_D＝[f_D,1,f_D,2,…,f_D,U]；其中U为接收端用户数；

(2)对纯数字预编码矩阵F_D进行矩阵分解，分解为模拟预编码矩阵F_RF和数字预编码矩阵F_BB的乘积，即：F_D＝F_RFF_BB；

(3)设置数字预编码矩阵F_BB中的系数f_i(n)；

(4)得到关于第i个用户的模拟域相位φ_m,M+n的非线性方程：

其中f_D,i＝[f_D,i(1),f_D,i(2),…,f_D,i(N_t)]^T，m＝1,2,...,N_t，n＝1,2,...,N_i，N_t是发射天线数，N_i(i＝1,…,U)为支持发射端第i个数据流传输的射频链路数；

(5)求解步骤(4)中的非线性方程，得到模拟域相位φ_m,n，进而得到模拟预编码矩阵F_RF；

步骤(5)中通过构造复平面上的三角形来求解步骤(4)中的非线性方程，包括如下步骤：

(5.1)参数配置，取：

d＝f_D,i(m)

b_n＝f_i(n)＝||f_D,i||_∞/N_i,n＝1,2,...,N_i

将d与b_n按照模值大小从大到小排列，n＝1,2,...,N_i；

其中||·||_∞表示取列向量中值最大的元素值；

(5.2)假设|b₁|≥…≥|b_k|≥|d|≥|b_k+1|≥…≥|b_N|，令：

(5.3)定义三角形的三条边为：

c＝|v₁|

m从2开始递增取值，直到满足条件：|a-b|≤c；此时c即三角形最长边，a、b为三角形另两条边；

(5.4)计算三角形(a,c)边的夹角β和(b,c)边的夹角α：

定义

其中γ_n表示v_n的幅角，即γ_n＝argv_n；

(5.5)得到非线性方程中模拟预编码矩阵元素的相位φ_m,M+n与θ_n之间存在线性关系：

(5.6)根据步骤(5.5)中三角形夹角与模拟预编码矩阵中各元素相位之间的线性关系，计算矢量的相位，得到F_RF的值。

2.根据权利要求1所述的基于几何构造的毫米波数字模拟混合预编码设计方法，其特征在于，数字预编码矩阵F_BB中的系数f_i(n)设置如下：

|f₁(1)|＝|f₁(2)|＝…＝|f₁(N₁)|

|f₂(1)|＝|f₂(2)|＝…＝|f₂(N₂)|

|f_U(1)|＝|f_U(2)|＝…＝|f_U(N_U)|

其中|·|表示矢量取模运算。