[发明专利]一种面向5G C-RAN的多用户混合波束成形方法

权利要求书

1.一种面向5G C-RAN的多用户混合波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、给具有N_s个数据流的多用户全连接结构的混合预编码系统的发射端配置M_t根天线和N_t^RF条射频链路，其接收端配备N_r^RF条射频链路和M_r根天线；多用户全连接结构的混合预编码系统服务于Nu个用户，每个用户接收到个数据流，具体满足关系为：N_s≤N_t^RF≤M_t，

(2)、利用多波长激光源(MLS)产生波长间隔为Δλ的m个均匀间隔光载波，再将这m个均匀波长间隔的光载波表示成一个1×m的光载波向量：p_s＝{λ₁,λ₂,…,λ_m}，λ_m为第m个光载波的波长；

(3)、将光载波向量p_s映射成一个M_t×K的光波长矩阵W_λ，映射规则满足以下约束条件：

min m

λ_u,j≠λ_t,q，u≠t,j≠q

λ_u,v-λ_t,v＝(u-t)vΔλ

其中，λ_u,v表示W_λ中第u行第v列的元素，且W_λ的每一列代表一个波束模式，即第v个模式中的元素形成一个等差为v倍Δλ的等差数列，u,t＝1,2…,M_t，v,j,q＝1,2,…,K；

(4)、将波长矩阵W_λ引入光真时延迟得到光码本矩阵

在波长矩阵W_λ中，不同波长的光载波通过单模色散光纤会引入不同的时延，而不同的时延会导致不同的相移值，其具体关系如下：

Δτ_u,t＝(λ_u-λ_t)DL

其中，D和L分别表示的是单模光纤的色散系数和长度，Δτ_u,t表示第u根天线和第t根天线之间由不同光载波所引入的时延差，表示第u根天线和第t根天线之间相位差；

根据上述关系，将波长矩阵W_λ引入光真时延迟生成一个M_t×K的光码本为：

ID:1 2 K

其中，K表示码本一共拥有的模式数目，用ID给每个模式编号，码本当中的每个元素为选取第v个模式的时为第n个天线引入的相移值，n＝1,2,…,M_t，v＝1,2,…,K；

(5)、根据计算出模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵；

(5.1)、根据每个用户的信道矩阵计算出总的信道矩阵其中，上角标T表示的是转置符号；

(5.2)、计算出Mt×Nu维的最优全数字破零矩阵V_opt：

V_opt＝H^H(HH^H)^-1＝[v₁,...,v_i,...,v_Nu]

其中，v_i代表V_opt的第i列元素，上角标H表示的是共轭转置符号；

(5.3)、基于光码本矩阵对V_opt进行分解；

其中，w_i表示矩阵的第i列元素，x_v,i表示w_v与v_i的内积，v∈[1,K]；

(5.4)、构建1×K维的向量其中，h_v为第v个码字与V_opt的所有列的内积之和；

(5.5)、从向量h的K个元素中选取出最大的N_t^RF个，再由这N_t^RF个元素对应的ID选出光码本矩阵中所对应的N_t^RF列，将光码本矩阵中这些对应的N_t^RF列组成模拟预编码矩阵F_RF：

其中，表示第N_t^RF列元素；

(5.6)、计算每个用户的等效信道矩阵H_ek，再将多个用户的等效信道矩阵拼成一个总的等效信道矩阵H_e

(5.7)、使用破零算法对不同用户间的干扰进行抑制消除，得到破零矩阵F^ZF为：F^ZF＝H_e^H(H_eH_e^H)^-1

(5.8)、在总功率约束得条件下对用户进行功率分配，功率分配矩阵P为：

P＝diag(p₁,p₂,…,p_k,...,p_Nu)

其中，p₁～p_Nu表示每个用户所分配得到得功率，总功率约束满足ρ是一个常量；

(5.9)、计算数字预编码矩阵F_BB＝F^ZFP^1/2；

(6)、根据数字预编码矩阵F_BB对Ns个数据流进行数字预编码处理，实现对不同接受用户间的干扰消除和功率分配；

(7)、根据模拟预编码矩阵F_RF对N_t^RF条射频链路进行模拟预编码处理；

(7.1)、分离光载波，将步骤(2)中由多波长激光器产生的光载波分为N_t^RF份，每一份都有m个均匀间隔光载波；

(7.2)、利用可调谐滤波器对中选出的N_t^RF列光载波进行滤波处理，每一列选出这列所对应的M_t个光载波；

(7.3)、在每一条射频链路上利用电光调制器将待发射的射频信号调制到由可调谐滤波器所选出的M_t个光载波上；

(7.4)、引入多路复用器，将调制后的光载波耦合注入到L-km的单模光纤前传链路中；

(7.5)、在有源天线单元端利用一个1×m无源解复用器对光载波进行分离，m个输出通道与向量p_s中的m个光载波匹配，m个输出通道与天线阵列之间的链接关系通过一个m×M_t的矩阵M_IC来描述；

(7.6)、映射到某一根天线上的N_t^RF个光载波先经过光电探测器，将光信号转化为电信号，最后再通过射频加法器将射频信号引入天线，完成模拟预编码；

(8)、多用户的混合波束成形完成后，发射端的发送的信号通过不同的无线信道H_k传输，被Nu个用户分别接收。

2.根据权利要求1所述的一种面向5G C-RAN的多用户混合波束成形方法，其特征在于，所述步骤(5.8)中，分配功率p_k的计算方法为：

其中，q_k为(F_RFF^ZF)^TF_RFF^ZF的第k个对角元素；λ为注水线，是使上式满足功率约束的一个常量，σ为噪声方差。