[发明专利]一种基于多用户毫米波MIMO-OFDM系统的混合预编码设计方法

说明书

本发明公开了一种基于多用户毫米波MIMO‑OFDM系统的混合预编码设计方法，包括以下步骤：第一步：建立MIMO‑OFDM系统模型；每一个用户都共用所有M个子载波，一个基站拥有N_TX个天线和N_RX个射频链，一共有K个单天线用户，其中N_RF≤N_TX、K≤N_RF；第二步：建立宽带毫米波信道模型；考虑到毫米波的信道特点，采用拥有L条散射路径的几何信道模型，每一个用户和基站之间拥有一条散射路径；第三步：多用户毫米波MIMO‑OFDM系统的混合预编码。本发明中采用的基于码本的全连接和部分连接混合预编码在性能上很好的实现了向全数字预编码性能的逼近，很大程度上发挥出了毫米波的通信优势和降低系统硬件成本和能源消耗。

技术领域

本发明涉及无线电传输系统技术领域，具体为一种基于多用户毫米波 MIMO-OFDM系统的混合预编码设计方法。

背景技术

随着将来移动用户对数据需求量的不断增加，当前基于低频微波通信的蜂窝网络(Long Term Evolution，LTE)将不能满足如此巨大的数据需求，因此工业界和学术界提出采用具有超宽带宽的高频毫米波通信技术。由于能够提供更宽的带宽和更高的频谱效率，毫米波通信被认为是未来通信中最具有前途的无线通信技术之一。众所周知，在传统的MIMO系统中，每个天线通常需要一个专用的射频(RF)链来实现全数字信号处理。这样在毫米波大规模 MIMO系统中使用大量的天线将需要同样数量的RF链，这将导致无法负担的硬件成本和能源消耗。为了解决这个问题，混合预编码(HP)在没有明显性能损失的情况下，显著减少毫米波大规模MIMO系统中所需的RF链的数量。HP的核心思想是将全数字预编码器分解为高维模拟预编码器(通过模拟电路实现) 来增加天线阵列增益，而将低维数字预编码器(通过少量射频链实现)来消除干扰。MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统仍然无能为力，为了解决MIMO系统中的频率选择性衰落问题，可以引入正交频分多址技术(OFDMA)，形成MIMO-OFDMA系统。现有的大部分工作都是基于单用户的窄带MIMO-OFDMA 系统的混合预编码设计，为了充分发挥毫米波频谱范围大的优势和结合实际中的使用情况，研究多用户毫米波MIMO-OFDM系统的混合预编码设计具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多用户毫米波MIMO-OFDM系统的混合预编码设计方法，解决了背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多用户毫米波 MIMO-OFDM系统的混合预编码设计方法，包括以下步骤：

第一步：建立MIMO-OFDM系统模型；

每一个用户都共用所有M个子载波，一个基站拥有N_TX个天线和N_RX个射频链，一共有K个单天线用户，其中N_RF≤N_TX、K≤N_RF；

第二步：建立宽带毫米波信道模型；

考虑到毫米波的信道特点，采用拥有L条散射路径的几何信道模型，每一个用户和基站之间拥有一条散射路径；

第三步：多用户毫米波MIMO-OFDM系统的混合预编码；

因为模拟波束成形设计中使用的相移器是数字控制的，可选角度都是量化的，因此可以通过码本设计进行角度设计。

优选的，为了解决宽带情况下的预编码问题，分全连接结构和子阵列部分连接结构两种情况进行。

优选的，在全连接结构中，每一个射频链都通过移相器组与所有的天线进行连接。