[发明专利]应用于毫米波频段的大规模MIMO系统混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种应用于毫米波频段的大规模MIMO系统混合预编码方法，包括以下步骤：S1：基站获取信道状态信息(CSI)；S2：对下行信道进行SVD分解得到右奇异矩阵V，取V的前N_RF列的相角作为模拟预编码矩阵F_RF中的每一个元素，其中N_RF为射频链路数；S3：另取下行信道SVD分解后的右奇异矩阵V的前N_s列作为最佳预编码矩阵F_opt，根据F_opt、F_RF，并利用最小二乘解(LS)得到数字预编码器其中N_s表示数据流个数；S4：数据流经过步骤S3中得到的F_BB进行第一次预编码，之后利用移相器对信号进行相位调整，即步骤S2中的F_RF，最终通过天线将信号发射出去。与现有的技术相比，本发明不需要任何优化方法和复杂的迭代算法，大大降低复杂度，并能够实现更高的频谱效率。

技术领域

本发明属于毫米波通信技术和多天线技术领域，涉及一种提升系统频谱效率的混合预编码方法，尤其涉及一种应用于毫米波频段下的大规模MIMO系统混合预编码方法。

背景技术

随着信息时代的快速发展，人们对更快速更高效的数据传输提出了更高的要求。然而，现有的低于10GHz频段的通信已经无法满足日后的通信需求，这也使得越来越多的学者将研究目标转向更高频段的毫米波通信(30GHz～300GHz)。由于毫米波频段高，波长短的特性，使得开发者可以在收发两端部署大量的天线，这也弥补了由毫米波波长短所带来的严重的路径损耗问题。而毫米波通信能够有效地改变现有通信资源稀缺的现状，且获得更高的频谱效率和功率效能，这也促使毫米波通信成为5G发展的关键技术之一。

在低于10GHz的传统通信中，消除用户间干扰所采用的预编码方法是全数字预编码。全数字预编码方法可以使系统频谱效率达到最佳。但在毫米波频段中，全数字预编码方法是很难实现的，这是因为在毫米波通信过程中，需要在发射机部署大量的天线以对抗路径损耗，而每根天线都需要一个精确的射频链路，因此，若在毫米波通信中依旧采用全数字的预编码方法，那么在部署大规模天线的情况下，发射机则需要大量的射频链路，此时每一根天线都需要精确的射频链路，这是很难精确把握的，并且会造成严重的资源浪费和功率损耗。这使得毫米波通信失去了意义。因此，学者们逐渐把目光转向混合预编码的设计方法。混合预编码方法是指发射机组合采用数字(基带)预编码器和模拟(射频)预编码器。在毫米波系统中，发送数据首先经过数字预编码器进行预处理，之后经过模拟预编码器进行第二次预处理，处理过的信号经过天线发送出去，经过信道在接收机处接收，然后接收机利用模拟组合器对信号进行第一次解码，之后利用数字组合器进行第二次解码，两次解码后的信号为终端最终的接收信号。

在文献[3]中表明，在混合预编码设计中，只需要少量的射频链路数(4、5根)就能够达到较高的频谱效率。换句话说，混合方法带来的优点在于有效减少了部署过多射频链路所带来的花销和功率损耗问题。因此，混合模拟和数字预编码设计方法成为了毫米波通信的主要设计目标。

文献[1]提出利用OMP算法对毫米波SU-MIMO系统下的发射机模拟预编码器进行设计。文献[2]介绍了基于OFDM的频率选择性信道下的混合预编码设计方法，文中利用了复杂的MSE迭代算法。因为复杂的算法会影响系统的时效性，因此这些方法在实际操作过程中，并不是最佳的预编码方法。

针对目前现有技术中存在的缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方法，解决现有技术中存在的缺陷。

参考文献：

[1]Ayach O E,Rajagopal S,Abu-Surra S,et al.Spatially Sparse Precodingin Millimeter Wave MIMO Systems[J].IEEE Transactions on WirelessCommunications,2014,13(3):1499-1513.