[发明专利]一种massive MIMO系统的波束赋形方法

权利要求书

1.一种massive MIMO系统的波束赋形方法，其特征在于，包括：

根据系统的参数设计模数混合码本；

利用所设计的码本进行波束搜素，捕捉信道；

确定massive MIMO系统的数学模型，搭建与之相对应的复数神经网络；

将搜索得到的码本对设置为射频赋形矩阵的初始值，同时设置其他超参数进行训练，系统收敛时各层之间的权重即为所求解的波束赋形各阶段矩阵；

根据所述波束赋形权值矩阵对数据信号进行波束赋形处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于massive MIMO系统的数学模型具体是：

经过发送端数字预编码和模拟波束赋形之后的传输信号可以表示为：

x＝F_RFF_BBs (1)

其中F_BB为发送端基带数字预编码矩阵，F_RF为发送端模拟波束赋形矩阵,s为预编码前的原始信号；N_t表示发送端天线个数；

接收端处理得到的接收信号可以表示为

其中W_BB为接收端基带数字编码矩阵，W_RF为接收端模拟波束赋形矩阵，N_r表示接收端天线个数，n为均值为0方差为σ²的加性高斯白噪声；

式(2)的表达形式可以等效为一个多层的复神经网络结构，各层之间的权重对应着具体的波束赋形器或者信道；

第一、二层之间的权重对应着发送端数字预编码器；

第二、三层之间的权重对应着发送端模拟波束赋形矩阵；

数字预编码矩阵和模拟波束赋形矩阵要求满足N_s表示数据流的个数；

第三、四层之间的权重对应着信道；

第四、五层之间的权重对应接收端模拟合并矩阵；

第五、六层之间的权重对应接收端数字合并矩阵；

系统和速率最大作为优化目标时，目标函数表达式为

其中R为系统和速率，其具体表达式为：

式中ρ为平均接收功率，σ²为噪声方差；从表达式可以看出，使用一般方法联合优化各矩阵使目标函数最大化难度较大；I表示期望方向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据系统的参数设计模数混合码本；具体是：

第s层码本第k个波束赋形矢量F_(s,k)依据以下准则进行设计：

其中是约束范围内的角度，是阵列流行矢量，是可能存在的移相器误差，阵元幅相误差或位置误差等因素，是期望方向I内的波束形状；

代价函数为cost＝||F_(s,k)-F_RF,(s,k)F_BB,m||_F

误差中包含着实部误差和虚部误差，只有当两者同时达到最小时输出误差才能达到最小；误差减小到一定程度以后停止优化，把设计得到的模数混合码本加以保存。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于利用所设计的码本进行波束搜素，捕捉信道；具体是：先使用第一级码本进行宽波束搜索，双方在遍历所有的扇区后选出最优扇区对，在下一级搜索阶段，双方将遍历最优扇区范围内的所有波束对；重复这个搜索过程直至达到指定的搜索级数。