[发明专利]基于统计信道信息的毫米波MIMO系统混合预编码方法

权利要求书

1.一种基于统计信道信息的毫米波MIMO系统混合预编码方法，其特征在于，包括如下：

(1)建立毫米波MIMO多用户通信系统模型：

(1a)配置有大规模MIMO的基站作为发射端，给接收端的多个用户发送多流数据传输；

(1b)设基站发射端的发射天线数目为N_t，RF链路数目为射频RF链路与发射天线之间采用混合连接的方式，以将发射天线和RF链路划分为D个子阵列，每个子阵列内部包含N＝N_t/D根发射天线和条RF链路；

(1c)设接收端用户数目为K，H_i为发射端到用户i的下行信道矩阵，各用户的信道矩阵共同构成系统整体的信道矩阵H，即信道协方差矩阵为R＝H^*H，其中，T表示转置，*号表示共轭转置；

(2)根据当前子阵列d对应的子信道协方差矩阵R_d，设计当前子阵列的最佳预编码矩阵F_d，d＝1,2,...D；实现如下：

(2a)从当前信道协方差矩阵R中取当前子阵列d对应的N×N维子信道协方差矩阵R_d：

R_d＝R(N(d-1)+1:Nd,N(d-1)+1:Nd),d＝1,2,...,D；

(2b)设计当前子阵列的最佳预编码矩阵：

对子矩阵R_d进行特征值分解，表示为R_d＝VΣV^*，取其特征向量V的前S列，构成当前子阵列的最佳预编码矩阵：F_d＝V(:,1:S)；

(3)去除已进行最佳预编码部分的子阵列的影响，得到更新后的信道协方差矩阵：

其中，表示前d个子阵列的容量，表示维度为N_t×N_t的单位矩阵，P表示发射限制，σ²表示噪声的方差；

(4)重复上述(2)至(3)共D次，得到所有子阵列的最佳预编码矩阵：

(5)在模拟预编码矩阵各元素恒模的限制条件下，根据最佳预编码矩阵F设计模拟预编码矩阵F_RF；实现如下：

(5a)构造离散傅里叶变换DFT矩阵作为模拟预编码矩阵的码本，设码字个数为N，DFT码本表示为A，各个码字恒模且波束方向保持正交，其中任一元素表示为：

(5b)计算最佳预编码矩阵F_d在DFT码本A上的投影矩阵：

Φ＝A^*F_d，

其中，Φ中的元素表示F_d在相应位置的DFT码本元素上的展开系数，A^*表示A的共轭转置；

(5c)根据(5b)的结果，计算F_d在码本A上的功率分布Γ：

(5d)根据(5c)的功率分布，选出最大的S个DFT码字作为模拟预编码矩阵：

Ω为Γ中最大的S个元素所在的位置；

(5e)重复上述(5b)至(5d)步骤共D次，得到整体的模拟预编码矩阵F_RF：

(6)在模拟预编码处理后的等效信道基础上，采用块对角化预编码算法，设计数字预编码矩阵F_BB；实现如下：

(6a)将模拟预编码处理之后的等效信道矩阵表示为

(6b)求解各用户的数字预编码部分：

(6b1)采用块对角化预编码算法，将用户i以外其他所有用户组成的信道矩阵表示为并对其进行奇异值分解为如下形式：

其中，表示其他用户信道矩阵的左奇异矢量，表示的非零奇异值，表示的非零奇异值所对应的右奇异矢量；表示的零空间一组正交基；

(6b2)在其它用户的零空间内，计算用户i的等效信道矩阵对其再进行奇异值分解，表示为如下形式：

其中，U_i表示本用户的等效信道矩阵H_i′的左奇异矢量，Σ_i表示H_i′的非零奇异值，表示H_i′的非零奇异值所对应的右奇异矢量，表示H_i′的零奇异值所对应的右奇异矢量；

(6b3)根据以上和得到用户i的数字预编码矩阵

(6c)根据混合预编码的发射功率限制，对各用户的数字预编码矩阵进行更新，并由此得到整体的数字预编码矩阵：

其中，表示更新后的各用户数字预编码矩阵。