[发明专利]大规模MIMO混合预编码器及匹配方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO混合预编码器及匹配方法，该匹配方法建立在发射天线子阵列和用户终端之间，匹配的为用户终端的信道系数相位信息与对应发射天线子阵列的移相操作。大规模MIMO混合预编码器采用大规模MIMO混合预编码匹配方法，采用部分连接结构，将对应于K个用户终端的K路独立数据流经大规模MIMO混合预编码器处理后，再通过N_TX个发射天线发送至K个用户终端。本发明利用不同发射天线子阵列到用户终端的信道增益存在差异这一事实，基于大规模MIMO混合预编码匹配方法将用户终端和发射天线子阵列匹配，使得每个用户终端能充分优化自身的发射天线子阵列增益，从而显著提升系统的频谱效率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种大规模MIMO混合预编码器及匹配方法。

背景技术

贝尔实验室Marzetta等提出的大规模MIMO(massive multiple-input multiple-output)技术，通过在基站配置数十至数百个天线，并结合简单的发射预编码和接收合并处理，能极大提升系统频谱效率和功率效率，遂已成为第五代移动通信系统(5G)等无线通信系统的关键技术。

图1给出了通用的大规模MIMO混合预编码器的全连接结构和部分连接结构示意。早期的大部分模数混合预编码都针对全连接结构设计。在图1a所示全连接结构中，每个射频链路通过移相器与所有天线相连，故所需移相器数量等于射频链路数与天线数之积。当天线很多时，所需移相器将达到数百甚至上千，从而导致极高的能耗和处理复杂度。因此，又提出了图1b所示基于部分连接结构的模数混合预编码，即每个射频链路仅与某个天线子阵列中所有天线相连，故所需移相器数等于天线数。上述研究表明，部分连接结构能获得比全连接结构更好的成本、复杂度和性能折衷。然而，这些主要存在两点不足：1)几乎都针对单用户系统研究，所用奇异值分解等矩阵分解方法难以推广至多用户情形，不能实现多用户复用增益；2)多采用迭代或搜索类等高复杂度算法，难以应用于实际系统。

文献[张雷,周晓锋,代红.大规模MIMO系统模数混合预编码方法[P].中国:ZL201611057987.6,2017-08-15.]针对采用部分连接结构的多用户大规模MIMO系统，提出了“基于空口信道相位信息的块对角模拟预编码+基于等效信道矩阵的迫零数字预编码”的模数混合预编码方法。该方法虽然复杂度较低，但固化了用户和天线子阵列之间的匹配方法，未能充分利用用户的不同子阵列增益存在的差异，导致性能还有较大提升空间。

发明内容

本发明提供一种大规模MIMO混合预编码器及匹配方法，利用不同发射天线子阵列到不同用户终端的信道增益存在差异这一特点，基于大规模MIMO混合预编码匹配方法将用户终端和发射天线子阵列匹配，显著提升使用部分连接结构的多用户大规模MIMO模数混合预编码频谱效率。

本发明通过下述技术方案实现：

大规模MIMO混合预编码匹配方法，该匹配方法建立在发射天线子阵列和用户终端之间；大规模MIMO混合预编码匹配方法为：

第1步，用户终端和发射天线子阵列分别赋予序号，计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；

第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；

第3步，重复第2步，直到用户终端匹配完毕；

第4步，如果发射天线子阵列未分配完，继续对所有用户终端依次按照第1、2、3步的规则从未分配发射天线子阵列集合中选择对应的发射天线子阵列，然后直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。

进一步：