[发明专利]多用户大规模MIMO系统的非线性混合预编码设计方法

说明书

本发明公开了一种多用户大规模MIMO系统下的非线性混合预编码设计方法；首先基于格拉姆‑施密特正交化思想，串行地设计每一个用户对应的基站端的模拟预编码器与用户端的模拟合成器，消除已完成模拟预编码器设计的用户对未完成设计的用户的干扰；其次，通过对基站端和每个用户端的模拟合成器进行QR分解，构造低维的下行等效基带信道，以降低后续数字预编码器与数字合成器设计的计算复杂度；然后，利用上行链路‑下行链路的对偶性，基于BD‑UCD方法设计数字预编码器与数字合成器，能够显著提高系统的总频谱效率与误码率性能；最后，在基站端采用THP对全部用户的数据流进行非线性预处理，以消除用户间干扰和同一用户的不同数据流之间的干扰。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多用户大规模MIMO(MassiveMultiple-Input Multiple-Output)系统下的非线性混合预编码(Hybrid Precoding)设计方法。

背景技术

大规模MIMO通过在基站部署数十甚至数百根天线以同时服务多个用户，能够显著地提高系统容量和可靠性，因此被认为是5G乃至6G无线通信系统的一项具有发展前景的关键技术。预编码技术能够提供充分的波束成形增益，同时消除用户之间的干扰。然而，对于在传统微波频段的MIMO系统中广泛采用的全数字预编码，其每个天线需要配备一条专用的射频链路。由于高昂的硬件成本和巨大的功耗，在毫米波大规模MIMO系统中采用全数字预编码是不现实的。为了减少射频链路的数目，近年来，有学者提出了混合预编码技术的概念。混合预编码可以通过一个高维度的模拟射频预编码与一个低维度的数字基带预编码级联而成实现，能够显著减少射频链路的数目，同时与全数字预编码相比没有明显的性能损失，从而实现系统性能与硬件复杂度的折衷。

随着移动互联网与物联网的快速发展，移动数据业务的需求呈指数级增长。因此，大规模MIMO系统下支持多用户多数据流传输的混合预编码技术成为学术界与工业界的研究热点。例如，文献[1](“W.Ni and X.Dong,“Hybrid block diagonalization formassive multiuserMIMO systems,”IEEE Trans.Commun.,vol.64,no.1,pp.201-211,Jan.2016.”)针对多用户大规模MIMO系统，提出了基于等增益传输(Equal GainTransmission,EGT)的模拟预编码设计以提高天线阵列增益，以及基于块对角化(BlockDiagonalization,BD)的数字预编码来消除用户间干扰。此外，文献[2](“C.Hu,J.Liu,X.Liao,Y.Liu,and J.Wang,“A novel equivalent basebandchannel of hybridbeamforming in massive multiuser MIMO systems,”IEEE Commun.Lett.,vol.22,no.4,pp.764-767,Apr.2018.”)提出一种基于启发式迭代算法的模拟射频处理方法来最大化模拟预编码器，信道和模拟合成器三者级联而成的等效基带信道(Equivalent BasebandChannel,EBC)的容量，然后在基带采用BD技术消除多用户干扰。与文献[1]相比，文献[2]提出的方案在总频谱效率上具有一定提升，但其计算复杂度相对较高。