[发明专利]一种低能耗的毫米波MIMO通信预编码设计方法

权利要求书

1.一种低功耗的毫米波MIMO通信预编码设计方法，其特征在于，针对在信号发送端的DAC和模拟预编码器两个对象进行硬件精度的选择；综合考虑移相器和DAC精度的配置，通过建立求解最优能量效率目标函数，对移相器的量化精度和DAC精度进行联合优化，遍历找寻最佳的精度；主要包括以下步骤：

步骤1：信号接收模型建立

基站端以功率p发送长度为N_s的数据流信号s，经过维度为N_rf×N_s的数字预编码矩阵F_D对信号的幅度和相位进行了调整后，再通过N_rf个射频链路对信号进行功率放大；通过维度为N_t×N_rf的全精度模拟预编码矩阵F_A对信号的相位进行了调整，最后通过N_t根天线将预处理后的信号发送给接收端，同时每根天线对应配置一个DAC对，信号经过DAC处理后加入硬件失真噪声；

步骤2：在接收端接收的信号表示

y=（1-μ）sqrt(p)HF_AF_Ds+sqrt(p)HF_Ae+n （1）

其中sqrt(·)为开根号操作，H为信道矩阵且大小为N_r×N_t，n为高斯白噪声且服从均值为0、方差为1的正态分布；μ为DAC的失真因子且与转换器的精度有关；e为DAC对应的失真噪声；

步骤3：针对提出的接收信号模型，系统的能量效率η定义为频谱效率R与系统消耗总功率P_t的比值，并建立优化目标函数如下

{F_A，F_D，B，b}= argmaxR/P_t

s.t.RR₀ （2）

其中B为移相器的量化精度，且1≤B≤8，b表示DAC的精度且1≤b≤8，R₀表示为满足系统通信的最低频谱效率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中获取全精度模拟预编码矩阵，具体步骤为：

在将信道矩阵进行奇异值分解后，选取分解后的右奇异值矩阵，并将右奇异值矩阵的前N_s列作为最优全数字预编码矩阵F_opt；再根据阵列响应矢量A_t与最优全数字预编码矩阵F_opt相乘得到字典集Ω，获取字典集中最大的前N_s个列的索引，并将索引对应的字典集的列作为全精度模拟预编码矩阵F_A。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取数字预编码矩阵，具体步骤为：

根据获得的全精度模拟预编码矩阵，通过公式F_D=(F_A)^-1F_opt求得数字预编码矩阵F_D；再根据数字预编码矩阵和全精度模拟预编码矩阵的乘积的范数平方为N_s的约束对数字预编码矩阵进行单位化处理。