[发明专利]宽带毫米波透镜系统基于时延补偿的单载波传输设计方法

说明书

本发明公开了一种在宽带毫米波透镜系统基于时延补偿的单载波传输设计方法，首先通过对基站端与用户端之间最强路径所对应的天线作路径时延预补偿，将宽带频率选择性信道转换为平坦衰落信道，然后基于平坦衰落信道构建以最大化最小信干噪比或者系统和速率最大化为优化目标，以基站发射总功率受限和射频单元数目受限为约束条件的优化问题模型，最后利用压缩感知中凸l₁范数对非凸l₀范数的凸近似手段，将原始的非凸优化问题转化为凸优化问题，利用凸优化工具箱对该凸问题求解，获得射频单元数目受限情况下的最优波束成型矩阵。本发明方法实现了在宽带毫米波系统中降低无线射频单元数目以及消除单载波传输过程中的码间干扰的目标。

技术领域

本发明涉及宽带毫米波透镜系统基于路径时补偿的单载波传输设计方法，属于无线通信系统技术领域。

背景技术

无线通信的数据需求随着无线终端的增加呈现指数增长。为了获得更高的通信系统吞吐量，工作频段在30Hz到300GHz的高频毫米波通信能够为通信系统提供更高的带宽。因此，高频毫米波通信技术成为未来通信系统的一个候选技术。相对于与传统的微波系统，毫米波在传播过程中具有更高的路径损耗，因此，一般采用具有指向性的大规模天线阵列来补偿路径损耗。然而，在实际中实现毫米波大规模MIMO是非常困难的。在大规模MIMO中由于天线数目的成倍的增加，在全数字构架下每根天线与一个射频(Radio Frequency,RF)单元相连接，使得RF单元数目也成倍的增加。然而高频通信中的RF单元成本非常昂贵同时过多的RF单元消耗了大量的能量。所以在毫米波通信系统中，RF单元的数目是有限的。这要求我们找到更好的方法在RF受限情况下来实现全数字系统的性能。

此外，由于传输带宽非常大，毫米波通信系统会工作在频率选择性信道。然而，信号在频选信道中传输时会产生严重的码间干扰。为克服码间干扰，现在无线通信系统一般采用正交频分复用和单载波频域均衡技术。然而，在高频毫米波系统中，正交频分复用技术对系统的同步性相对于低频环境中更加的敏感，以及更高的峰均比。而单载波频域均衡怎会出现同相和正交相位不平衡问题。由于上述这些问题，在毫米波宽带环境下，传统的码间干扰消除技术并不适用。尤其对于RF受限和低信号处理复杂度的情况下。

发明内容

发明目的：在宽带毫米波多用户多输入单输出(Multi-Input Multi-Output,MISO)系统下，为了降低射频单元开销以及单载波传输过程中的码间干扰问题，改善移动通信的传输特性。本发明目的是提供一种宽带毫米波透镜系统基于时延补偿的单载波传输设计方法，该方法利用透镜天线阵列对信号的汇聚作用，将天线中对应的最强路径做时延预补偿，频选信道被转换成近似衰落信道，并针对平坦衰落信道，建立并求解波束成型优化设计模型，从而获得在RF受限情况下的每个用户的最优波速成型向量。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽带毫米波透镜系统基于时延补偿的单载波传输设计方法，包括如下步骤：

(1)对基站端与用户端之间最强路径所对应的天线作路径时延预补偿，从而将宽带频率选择性信道转换为平坦衰落信道，并获得用户端信干噪比表达式；

(2)对路径时延预补偿后的等效近似平坦衰落信道模型，构建以最大化最小信干噪比或者系统和速率最大化为优化目标，以基站发射总功率受限和射频单元数目受限为约束条件的优化问题模型；

(3)利用压缩感知中凸l₁范数对非凸l₀范数的凸近似手段，将原始的非凸优化问题转化为凸优化问题，求解凸优化问题从而获得射频单元数目受限情况下的最优波束成型矩阵。