[发明专利]一种用于波束偏移补偿的混合预编码方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于波束偏移补偿的混合预编码方法及系统，属于毫米波大规模多天线技术领域。方法包括以下步骤：通过平均子载波信道获得频率无关的平均信道矩阵；对平均信道矩阵进行相位提取得到模拟预编码矩阵，并满足模拟预编码的恒模约束条件；将模拟预编码作用后的信道视为等效信道，并对该等效信道使用迫零预编码算法得到数字预编码矩阵；模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵相乘即得到最终的混合预编码矩阵。本发明能够获得一定程度的波束偏移补偿效果，同时具有设计简单、系统开销和计算复杂度小的优点。

技术领域

本发明属于毫米波大规模多天线技术领域，更具体地，涉及一种用于波束偏移补偿的混合预编码方法及系统。

背景技术

毫米波频段蕴含着巨大的频谱带宽资源，使得毫米波技术成为解决当前无线通信频谱资源稀缺问题的备选方案之一。在毫米波大规模多天线(Multi-Input Multi-Output,MIMO)通信系统中，随着带宽和阵列尺寸的增加，天线阵列上电磁波信号的传输延迟与符号周期相当，不能被忽略，这一现象称为空间宽带效应(Spatial-Wideband Effect)。空间宽带效应还会导致频域中的波束偏移(Beam Squint)，波束偏移的程度与空间宽带效应的水平成正比。传统的窄带通信模型往往只考虑多径时延扩展引发的频率选择性衰落问题，而忽略了空间宽带效应和波束偏移现象对通信系统性能的影响。事实上，空间宽带效应和波束偏移现象会导致系统性能严重下降。

在考虑空间宽带效应和波束偏移现象的宽带修正信道模型中，只需要对每一个子载波设计相应的数字预编码方案，就可以较为完美的补偿波束偏移对通信系统带来的影响，从而提升系统的整体性能。但是，由于毫米波通信系统中一般采用的是硬件成本较低的混合预编码方案，而基于移相器的模拟预编码设计部分无法对每个子载波单独设计预编码矩阵，即毫米波大规模MIMO系统无法对每个子载波单独进行波束偏移补偿。由此，毫米波大规模MIMO系统需要一种可以在整体上补偿波束偏移的混合预编码方案。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或不足，本发明提供一种用于波束偏移补偿的混合预编码方法及系统，旨在克服现有数字预编码补偿方案存在的硬件成本高、计算复杂度高等技术问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种用于波束偏移补偿的混合预编码方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对各个子载波的信道矩阵H[k]求平均，得到一个频率无关的平均信道矩阵

(2)提取平均信道矩阵的相位得到模拟预编码矩阵W_RF，并通过相位提取操作使模拟预编码矩阵满足恒模约束；

(3)将模拟预编码矩阵作用后的信道视为等效信道H_eq，对H_eq使用迫零预编码算法得到数字预编码矩阵W_BB；

(4)模拟预编码矩阵W_RF与数字预编码矩阵W_BB相乘得到混合预编码矩阵W_PZF。

优选地，步骤(1)所述平均信道矩阵为不同频率上的子载波信道矩阵的平均值，每个子载波上的信道矩阵可以通过信道估计或信道预测等方式获取。

优选地，步骤(2)在对平均信道矩阵进行相位提取操作后，还需要除以发送天线数目N_t的平方根以满足预编码矩阵的归一化，即模拟预编码矩阵

优选地，步骤(3)中的等效信道为H_eq＝HW_RF，然后对H_eq使用迫零预编码算法得到数字预编码矩阵其中，H为载波中心频率的信道矩阵。

本发明另一方面提供了一种用于波束偏移补偿的混合预编码系统，包括：

平均信道矩阵获取模块，用于对各个子载波的信道矩阵H[k]求平均，得到一个频率无关的平均信道矩阵