[发明专利]适用于宽带大规模毫米波系统的抗时变波束序号调制方法

权利要求书

1.一种适用于宽带大规模毫米波系统的抗时变波束序号调制方法，设计预补偿辅助的波束序号调制系统，包括波束选择模块、发端调制器、发端预补偿模块和收端解调器；系统发端和收端分别配有N_t维和N_r维的透镜天线，射频链的数目远小于天线的维数：收发端均配有L套射频链，满足L＜N_t和L＜N_r；射频链与天线通过选择网络连接，该网络从N_t和N_r个待定波束中各选出L个进行通信；

系统选用正交频分复用OFDM方式进行传输，OFDM的子载波数目设为K，循环前缀的长度设为L_cp，且L_cp不小于信道最大时延D；在延迟阶数为d，采样时间为n时的信道为H[d,n]；

设计数字模拟混合的预编码器结构，毫米波在空间传输中呈现明显指向特性导致信道在波束域呈现显著的稀疏特性，有效地降低序号调制的复杂度；通过采用对波束时变效应的简单预补偿机制使得相应的序号调制具备良好的抗时变特性，且不会带来系统误码性能和频谱效率的损失；包括如下步骤：

1)确定序号调制的波束集合：执行如下操作：

11)从P条路径中选择L条幅度最大的路径，路径标号按幅度降序排列记为[p₁,p₂,...,p_i,...,p_L]；

12)记录路径p₁到p_L的多普勒频偏，记为

13)逐次将路径p₁到p_L的发端天线阵列响应投影至N_t维离散傅里叶变换矩阵DFT，记录DFT矩阵中相关值最大的列序号，记为依据该列序号设置模拟预编码矩阵为其中代表N_t维DFT矩阵的第列；

14)逐次将路径p₁到p_L的收端天线阵列响应投影至N_r维DFT矩阵，记录DFT矩阵相关值最大的列序号，记为依据该列序号设置其中代表N_r维DFT矩阵的第列；

2)设计发端调制器映射方案：对每一个子载波k，执行如下操作：

21)将该子载波处的序号调制符号s_k初始化为L维0向量；

22)将子载波每次待传信息分为X log₂M比特的符号信息和比特的序号信息，其中X代表待激活元素的个数，M代表调制符号阶数，代表向下取整符号，代表L选X的组合数；

23)依据序号信息按字典序从调制符号s_k选出X个元素作为待激活元素；

24)将X log₂M比特映射为X个调制阶数为M的正交幅度调制或相位偏移调制的符号，并替换选中的X个待激活元素；

3)设计发端预补偿方案：执行如下操作：

将序号调制符号s_k经过OFDM处理后，在时间n处的采样符号记作定义为对角元素顺次为{a₁,a₂,...,a_M}的对角矩阵；

根据记录的多普勒频偏，通过下式计算得到射频链输入信号

其中，e为自然常数；

再将作为射频链输入信号；

4)设计收端解调方案；对每一个子载波k，执行如下操作：

41)通过式4计算该子载波处的等效信道

42)记该子载波处的接收信号为y_k，依据式5获得该子载波处的解调信号完成接收端的解调：

其中，S代表所有序号调制符号的集合；

通过上述步骤，实现了适用于宽带大规模毫米波系统下的抗时变波束序号调制。

2.如权利要求1所述适用于宽带大规模毫米波系统的抗时变波束序号调制方法，其特征是，步骤3)将序号调制符号s_k进行OFDM处理，具体包括逆离散傅里叶变换和添加循环前缀的处理。

3.如权利要求1所述适用于宽带大规模毫米波系统的抗时变波束序号调制方法，其特征是，在延迟阶数为d，采样时间为n时的信道H[d,n]表示为式1：

其中，P代表信道的有效路径数目，α_p是路径p的幅度，p(·)代表升余弦成型滤波响应，T_s为系统的采样时间，τ_p为路径p的延时，θ_p和φ_p代表路径p的到达角和发射角，ω_p代表路径p的多普勒频偏，a_r(·)和a_t(·)分别代表收端和发端的天线阵列响应，a^*为a的共轭转置。