[发明专利]一种基于MIMO-OFDM毫米波结构的混合编码方法

说明书

本发明公开了一种基于MIMO‑OFDM毫米波结构的混合编码方法，该方法在未知信道的场景下设计发送端的混合预编码矩阵和接收端的合并矩阵，包括以下步骤：S1：估计发送端到接收端的信道：S2：设计接收端的模拟合并矩阵S3：接收端到发送端的信道估计：S4：设计发送端的模拟预编码矩阵：对于每个RF链传输的数据流都对应从码本中选择使所有载波增益最大的矢量，获得模拟预编码矩阵之后一次迭代结束；S5：将获得的模拟预编码矩阵作为出发点，重复执行上述S1‑S4步骤，直到找到收敛或迭代次数超过预先指定的阈值时迭代过程停止；S6：设计数字预编码矩阵和合并矩阵实现编码过程。

技术领域

本发明涉及数据控制领域，尤其涉及一种基于MIMO-OFDM毫米波结构的混合编码方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，通信技术正在不断地改变和改善人们的生活及工作方式。毫米波通信通过利用大量的未被利用的带宽，范围从30GHz到300GHz来实现高数据速率传输。这使得毫米波成为在未来无线通信网络中解决频谱拥塞问题的重要解决方案。但是，与传统频段相比，毫米波段的传播损耗由于雨衰和低渗透会更加严重。由于毫米波信号的波长很小，使大型阵列可以被包装成一个小的物理尺寸，毫米波与大规模MIMO的通信系统结合，可以提供显著的波束增益来克服毫米波信道的严重路径损耗。

在传统的MIMO系统中，全数字预编码矩阵和合并矩阵可以同时调整发射和接收信号的幅度和相位，但是，这些全数字预编码矩阵和合并矩阵需要大量昂贵且耗能高的射频(RF)链、模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)，这使得全数字预编码方案在毫米波中不切实际。最近，混合架构一直被认为是一个新兴的技术来解决这个问题。混合波束形成器可以实现高光谱效率并保持低成本和功耗，同时可以应用高维度且具有大量模拟移相器的RF预编码矩阵在毫米波波段补偿大的路径损耗。

混合预编码设计问题通常是用来解决关于模拟预编码矩阵的恒定模数约束等矩阵分解问题，特别是根据毫米波信道的特点，基于码本的合预编码矩阵设计技术已被广泛使用，其中模拟预编码矩阵的列是从预先指定的矢量中选择的，诸如信道的阵列响应矢量和离散傅立叶变换(DFT)波束成形器。现有技术中多数关注如何在窄带设计混合预编码和合并矩阵，此外，现有的毫米波编码设计算法多数基于已知信道进行混合预编码设计，当信道信息未知时，如何进行预编码设计仍需要进一步研究。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于MIMO-OFDM毫米波结构的混合编码方法，具体方案为：该方法在未知信道的场景下设计发送端的混合预编码矩阵和接收端的合并矩阵，包括以下步骤：

S1：估计发送端到接收端的信道：发送端向接收端发送训练信号，初次传输时随机选择模拟预编码矩阵F_RF，基于CS算法估计出发送端到接收端的等效信道从而获得的有效信道信息：假设不同的RF链彼此独立设置，发送端首先发送多个训练信号使接收器估计正向信道，所述训练信号由射频链一个接一个传输，经过M_r次训练传输后利用正交匹配追踪算法估计等效信道；

S2：设计接收端的模拟合并矩阵对于每个RF链传输的数据流都对应从码本中选择使所有载波增益最大的矢量；

S3：接收端到发送端的信道估计：接收端同样发送M_t个训练信号来估计接收端到发送端的等效信道；

S4：设计发送端的模拟预编码矩阵对于每个RF链传输的数据流都对应从码本中选择使所有载波增益最大的矢量，获得模拟预编码矩阵之后一次迭代结束；

S5：将获得的模拟预编码矩阵作为出发点，重复执行上述S1-S4步骤，直到找到收敛或迭代次数超过预先指定的阈值时迭代过程停止；

S6：设计数字预编码矩阵和合并矩阵实现编码过程。

所述S2具体步骤为：