[发明专利]毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码方法，以最大化用户的平均速率为目标，以单个远程天线单元的最大发射功率以及移相器的恒模特性为约束条件，以模拟预编码矩阵和数字预编码向量为设计变量，建立了数学优化模型。本发明利用增广拉格朗日惩罚函数方法和块坐标下降方法来求解原始的非凸优化问题，从而提出了一种高效的双层迭代混合预编码方法，该方法可以获得接近最优全数字预编码的系统性能。

技术领域

本发明涉及无线通信传输技术领域，尤其是一种毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码方法。

背景技术

分布式天线系统由地理上隔开的远程天线单元组成，可以提供足够的空间自由度来便于超高速无线通信。这种分布式结构很适合毫米波频段的无线传输主要由于：(1)密集部署的低功耗远程天线单元可以缩短收发机之间的距离，从而补偿高频段下信号的传输损耗；(2)它可以提供高的鲁棒性来对抗毫米波信道中的严重的中断影响。同时，为了对抗毫米波信道的频率选择性，系统还可采用OFDM调制方式。另外，不同于传统的全数字结构，新型的混合模拟-数字结构可以平衡系统的性能与硬件复杂度。因此，本法发明研究基于混合模拟-数字结构的毫米波OFDM分布式天线系统具有实际意义。

毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码设计的难点在于：每个远程天线单元由多个子载波共享的模拟预编码和子载波独立的数字预编码构成，如何在满足每个远程天线单元发送功率限制和移相器的恒模约束的条件下设计协作的混合预编码。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码方法，尽可能使下行用户的平均和速率最大化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种毫米波OFDM分布式天线系统的混合预编码方法，包括如下步骤：

(1)假设系统采用时分双工模式，且信道在相干时间内保持不变；每个远程天线单元采用混合模拟数字结构，配置N_RF个射频链路，每个射频链路通过移相器连接到每根天线；中央处理器通过回程链路与每个远程天线单元相连，且它可以获取每个用户到各个远程天线单元的每个子载波的理想的上行信道向量其中K表示系统正在服务的下行用户数目，M表示远程天线单元的数目，N_c表示OFDM调制的子载波数目，和N_A表示远程天线单元的天线数目；

(2)该系统以最大化用户的平均速率为目标，以移相器的恒模约束以及远程天线单元的最大发射功率为限制条件，建立以下宽带混合预编码优化问题：

F_R＝blkdiag{F_R,1,…,F_R,M}

其中符号[·]_i,j表示矩阵的第i行第j列的元素，符号||·||代表矩阵的Frobenius范数，符号blkdiag{·}表示块对角矩阵，符号|·|表示复数的模，是加性高斯白噪声的方差，是远程天线单元的最大发射功率，F_R,m表示第m个远程天线单元的模拟预编码矩阵，第k个用户的第n个子载波的数字预编码向量表示为表示第k个用户在第m个远程天线单元的第n个子载波的数字预编码向量和第k个用户到所有远程天线单元的第n个子载波的上行信道向量为

(3)通过引入辅助变量：第k个用户的第n个子载波的接收机a_k[n]和第k个用户的第n个子载波的非负权重系数w_k[n]，可将步骤(2)的问题转化为以下优化问题：