[发明专利]大规模MIMO系统基于标准正交化的混合预编码方法

权利要求书

1.一种大规模MIMO系统基于标准正交化的混合预编码方法，其特征在于，所述混合预编码方法的模拟预编码设计基于等增益传输，通过将基带等效信道矩阵的主对角线元素相位置零来获得最大的天线阵列增益；数字预编码矩阵的设计基于标准正交化与奇异值分解，通过把期望用户映射到其它用户零空间的方式来完全消除用户之间的干扰，获得最大的频谱效率；

所述大规模MIMO系统基于标准正交化的混合预编码方法包括以下步骤：

步骤一，获取基站到所有用户终端之间的信道状态信息其中H_k表示基站到用户k间的信道衰落，K为小区内总用户数；

步骤二，基于等增益传输设计唯相模拟预编码矩阵F，并基于标准正交化与奇异值分解设计基站端的数字预编码矩阵B以及用户k的数字合并矩阵M_k；

步骤三，信息数据传输开始，发送信号首先经过一个数字预编码器B处理，然后经过M_BS个射频链路，接着一个模拟预编码器F，之后N_BS根天线同时将信号馈送到无线信道；接收端各用户使用全数字合并，用户k采用数字合并器矩阵M_k对接收到的信号进行处理并恢复出原始信号；

所述模拟预编码矩阵F的第i行第j列元素：

其中，代表总的信道矩阵H共轭转置后的矩阵第i行第j列元素的相位；这种做法将基带等效信道矩阵H_eq＝H·F的主对角线元素相位置为0，以此获得最大的天线阵列增益；且由于模拟预编码器是由模拟移相器网络实现，因此矩阵F受到恒定模值的限制，满足

数字预编码器矩阵B_k＝G_kV_k，数字合并器矩阵M_k＝U_k，且满足B＝[B₁,B₂,...,B_K]；

其中，G_k是对A_k的标准正交化，满足G_k＝GSO(A_k)，GSO是标准正交化，A_k是全局等效基带信道矩阵H_eq的伪逆矩阵的第k个子块，满足H_eq^-＝H_eq^H(H_eqH_eq^H)^-1＝[A₁,A₂,…,A_K]；U_k、V_k分别是进行奇异值分解的左、右酉阵，满足为用户k的基带等效信道矩阵；

数字预编码器矩阵B_k与数字与合并器矩阵M_k的求解步骤为：

步骤一，定义用户k的基带补信道为

步骤二，计算全局等效基带信道矩阵的伪逆，得到H_eq^-＝H_eq^H(H_eqH_eq^H)^-1＝[A₁,A₂,…,A_K]；因此满足即A_k存在于的零空间内；

步骤三，对A_k进行标准正交化，记为G_k＝GSO(A_k)，则G_k也存在于的零空间内，满足则用户k的信号只要与G_k相乘即可消除其它用户对其的干扰；

步骤四，对单用户MIMO等效信道做奇异值分解得：并令数字预编码器矩阵B_k＝G_kV_k，数字合并器矩阵M_k＝U_k，B＝[B₁,B₂,...,B_K]。