[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

说明书

本发明公布了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；射频链与天线通过选择网络连接；包括：确定序号调制的波束集合；将子载波处的序号调制符号映射为正交幅度调制或相位偏移调制的符号通过序号调制符号计算得到射频链输入信号；获取子载波处的解调信号，实现接收端的解调。采用本发明提供的技术方案，可有效降低序号调制设计的复杂，且相应的序号调制具备良好的抗时变特性，不会带来系统误码性能和频谱效率的损失。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及宽带大规模毫米波系统的序号调制技术，具体涉及一种适用于宽带大规模毫米波系统下的抗时变波束序号调制方法，可在不损失频谱效率和误码性能的情况下显著提升序号调制抗时变多普勒的能力。

背景技术

近年来，序号调制因其优异的误码性能和能量效率得到了学术界和工业界的广泛关注，被认为是下一代无线通信调制技术的重要补充。然而，在时变信道下，序号调制面临着严重的性能恶化，制约了其在高速通讯场景下的应用。

为了将序号调制应用在时变信道下，目前有两种典型方案，分别是空域差分方式和频域自干扰消除方式。虽然这两种方案能够部分缓解时变下的性能恶化，但是，前者需要牺牲部分误码性能，后者需要牺牲部分频谱效率。本质上这两种方案都是通过降低系统性能换取序号调制抗时变多普勒的能力。因此，现有技术难以实现在不损失频谱效率和误码性能的情况下显著提升序号调制抗时变多普勒的能力。为了让序号调制更有效的服务于车联网系统，设计全新的抗时变序号调制具有重要的意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种适用于宽带大规模毫米波系统下的抗时变波束序号调制方法，该方案被命名为预补偿辅助的波束序号调制方法。

本发明的核心是：考虑到车联网系统需要Gb/s级的数据传输，毫米波段将会是支持车联网物理层通信的主要频段，因此，本发明充分结合毫米波系统的硬件结构和信道特点来设计序号调制。具体而言，在预编码器结构上，与传统低频段系统采用的全数字结构不同，毫米波器件昂贵的成本和极高的功耗限制了射频链的配置数目，因此，本发明设计的毫米波系统采用的是更为经济的数字模拟混合结构。在信道方面，毫米波因其极短的波长导致反射衍射能力较弱，因此在空间传输中呈现明显的指向特性。在大规模天线系统下，这种空间指向特性进一步导致了信道在波束域呈现显著的稀疏特性。在混合结构的限制下，利用该稀疏特性可以有效地降低序号调制设计的复杂度。与此同时，通过对波束时变效应的简单预补偿机制可以让相应的序号调制具备良好的抗时变特性，且该特性不会带来系统误码性能和频谱效率的损失。

为便于说明，本发明定义以下参数：

a^*为a的共轭转置；a为a_r(·)和a_t(·)，分别代表收端和发端的天线阵列响应；

d为信道在延迟阶数；

n为采样时间；

H[d,n]表示在延迟阶数为d，采样时间为n时的信道；

P代表信道的有效路径数目；α_p是有效路径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。

本发明提供的技术方案是：