[发明专利]基于初值优化的混合预编码设计方法、装置、介质及设备

说明书

本发明公开了一种基于初值优化的混合预编码设计方法、装置、介质及设备，包括以下几个步骤：步骤1：信道建模，确定信道矩阵H，计算模拟预编码矩阵原始值F；步骤2：对F的元素进行调相，得到模拟预编码矩阵初值F₀；步骤3：计算无约束最优预编码矩阵F_opt，用最小二乘法求得数字预编码矩阵原始值并进行归一化处理得到W_al；步骤4：根据F_opt‑F_al*W_al的Frobenius范数最小化原则逐行计算模拟预编码矩阵F_al的元素；步骤5：重复步骤3,4至算法收敛。本发明不仅降低了收敛所需时间，且应用灵活性高、鲁棒性高，在相同情况下较之传统子连接结构算法拥有更好的频效性能，较之全连接结构有更优的能效性能。

技术领域

本发明属于5G毫米波大规模MIMO通信系统领域，尤其涉及一种基于初值优化的混合预编码设计方法、装置、介质及设备。

背景技术

在第五代移动通信系统中，毫米波大规模MIMO(Multiple Input MultipleOutput，多输入多输出)技术成为了其关键技术。其中毫米波频段有着丰富的频谱资源，但由于其波长较短会带来的传播路径损耗严重的问题，而大规模MIMO技术通过增加阵列增益能够显著克服毫米波传输衰落严重的问题；大规模MIMO技术能够增大系统容量，但天线阵列过于庞大，而毫米波技术能够减少天线之间的距离，从而缩小天线阵列的物理尺寸，两种技术联合使用互为补充。

大规模MIMO系统中的ISI(inter stream interference，流间干扰)和MUI(multiuser interference，多用户干扰)相比于传统MIMO系统更加严重，所以预编码技术作为一种消除ISI和MUI的有效手段在5G系统中变得尤为重要。根据实现方式与作用，预编码可以分为数字预编码和模拟预编码。在传统的MIMO系统采用的是全数字预编码方案，即为每根天线分配一个射频链路在基带对信号进行调幅和调相，但在毫米波大规模MIMO系统中，由于庞大的天线阵列，继续采用全数字预编码的结构会带来巨大的发送端的硬件成本和能耗开销，这对于实际通信系统来说是不可取的。因此毫米波大规模MIMO系统通常采用另一种实现方法即模拟/数字混合预编码，它可以减轻传统全数字波束赋型结构的巨大功耗和成本负担(这也是5G标准化重点考虑的课题)，模拟预编码虽然仅能改变信号的相位，性能比数字预编码差，但可以通过利用成本低至近十分之一于射频链路的移相器来控制每根天线发射信号的相位，在射频域实现高纬度的模拟预编码，降维后的信号再通过基带以较少的射频链路数完成低维的数字预编码，消除用户间干扰，因此模拟预编码比数字预编码在经济方面更加有优势，二者结合的混合预编码技术能够在使用少于发送天线数的射频链路数和较小的性能损失的情况下克服上述问题，且能够抵抗多径衰落，减少数据流之间的干扰，从而提高频谱效率。

在大规模MIMO混合预编码中又根据模拟预编码射频链路与天线的连接方式不同分为基于子链接的混合预编码和基于全连接的混合预编码，子链接结构将天线分为N_t^RF个子集，N_t^RF为射频链路数目，即为每个射频链路分配一个天线子集，不重复分配；全连接结构则是每个射频都通过移相器连接所有天线。目前已有文献证明毫米波信道可近似为稀疏信道，根据信道条件可确定部分射频链路所连天线提供的波束增益并不高，因而子链接结构正是根据毫米波信道特性通过尽可能少地牺牲部分频效性能，而换取能效性能的提高的一种混合预编码结构，但目前已有的方法大部分是基于启发性的算法来构造子链接结构的模、数预编码矩阵或是对传输数据流数、用户数、射频链路数中三者或两者的数量关系有严格要求或是未考虑信道条件的，频效性能均不够理想。

发明内容

本发明提出了一种基于初值优化的交叉迭代混合预编码设计方法，通过采用改进的启发示算法生成初值结合交叉迭代优化的方式来构造模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵，其目的在于提高采用该设计方法的毫米波大规模MIMO系统的频谱效率和算法适用性。

本发明提供的技术方案如下：