[发明专利]面向大规模MIMO的误码率可控的符号级混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种面向大规模MIMO的误码率可控的符号级混合预编码方法，包括：根据系统参数设定和信道状态信息，建立接收信号模型；根据接收信号，建立发射端混合预编码信号与接收端符号错误概率SEP之间的关系模型；根据SEP约束，以及模拟预编码器、数字预编码器的变化速率，进行多符号级模拟预编码和符号级数字预编码的匹配，并建立以发射功率最小化为目标的优化问题；针对所建立的优化问题，首先求解SEP约束下最小化发射功率的符号级全数字预编码，再建立符号级全数字预编码和符号级混合预编码器的最小二乘问题，求解得到基于SEP约束下的混合预编码信号。本发明可在满足可靠性约束下降低系统能耗，对大规模/超大规模MIMO通信系统的设计有重要指导意义。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向大规模MIMO的误码率可控的符号级混合预编码方法。

背景技术

无线通信系统面临的核心问题是不断增长的通信容量需求和有限的频谱资源之间的矛盾。为了用有限的频谱资源服务不断增加的无线用户，主要思路是多用户共享无线资源，然而这可能造成用户间干扰。为了解决这一问题，需要将多天线技术和预编码技术相结合。传统的预编码技术基于信道状态信息(Channel State Information，CSI)进行收发机设计，而符号级预编码技术不仅能利用CSI，还能利用待发送符号的星座图结构，可以实现比传统预编码技术更高的性能。

然而，在大规模MIMO通信场景中，随着天线数量的增加，基于传统全数字预编码方案，要求为每个天线配备一个独立的射频链。这将会给通信系统带来极高的复杂度、能耗和高昂的硬件成本。

混合预编码技术是解决该问题的有效途径。混合预编码器由模拟和数字预编码器组成。由于硬件方面的限制，模拟预编码器存在离散相位约束；此外，其预编码权值最大变化速率可能难以达到时刻变化速率，难以实现符号级预编码。这两点使得混合预编码设计难度极大。目前，虽然已有不少混合预编码技术的研究，但是主要针对设计符号级混合预编码，信噪比约束下的最小化功率问题或是基于线性预编码的QoS约束下的最小功率问题，尚未有公开文献涉及针对考虑误码率可控的符号级混合预编码方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明面向大规模MIMO系统，提出误码率可控的符号级混合预编码方法，以在满足可靠性约束下降低系统能耗。

技术方案：一种面向大规模MIMO的误码率可控的符号级混合预编码方法，包括以下步骤：

(1)根据系统参数设定和信道状态信息，建立接收信号模型；

(2)根据接收信号，建立发射端混合预编码信号与接收端符号错误概率SEP之间的关系模型；

(3)根据SEP约束，以及模拟预编码器、数字预编码器的变化速率，进行多符号级模拟预编码和符号级数字预编码的匹配，并建立以发射功率最小化为目标的优化问题；

(4)针对所建立的优化问题，首先求解SEP约束下最小化发射功率的符号级全数字预编码，再建立符号级全数字预编码和符号级混合预编码器的最小二乘问题，求解该最小二乘问题得到基于SEP约束下的混合预编码信号。

进一步地，所述步骤(1)包括：

对于一个配备N_T根天线、N_R根射频链路的基站，服务K个用户终端的系统模型，基站与第k个用户之间的信道服从准静态块衰落，第k个用户在第t时刻的接收信号y_k,t表示为：

其中，T是传输的符号块长度，和分别表示t时刻的模拟预编码和数字预编码，表示加性复高斯白噪声，是噪声方差，则t时刻所有用户的接收信号表示为：

其中，

进一步地，所述步骤(2)包括：