[发明专利]离散透镜天线阵列辅助的宽带毫米波多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法有效

专利信息
申请号: 202111182013.1 申请日: 2021-10-11
公开(公告)号: CN113824478B 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 欧阳崇峻;程振桥;杨鸿文 申请(专利权)人: 北京邮电大学
主分类号: H04B7/0413 分类号: H04B7/0413;H04B7/06;H04B7/0456;H04W72/0453;H04W72/21
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100876 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 离散 透镜天线 阵列 辅助 宽带 毫米波 多用户 大规模 mimo 上行 频谱 效率 优化 方法
【说明书】:

发明提出一种离散透镜天线阵列辅助的宽带毫米波多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法。本发明针对毫米波多用户MIMO通信的特点,同时考虑了用户侧的混合模数结构以及基于正交频分复用的上行宽带传输,通过联合优化基站侧的波束选择矩阵、用户侧的移相器模拟预编码矩阵以及数字域预编码矩阵以改善系统上行频谱效率,在设计具体传输方案时兼顾考虑宽带系统的波束选择网络的频率独立性以及用户侧移相器模拟预编码的影响。本发明提出一种基于惩罚对偶双分解以及块坐标下降的方法对基站侧的波束选择矩阵、用户侧的移相器模拟预编码矩阵以及数字域预编码矩阵进行联合优化,在有效改进系统上行频谱效率的同时能够显著降低优化问题求解和物理层实现的复杂度。

1.应用领域

本发明涉及无线通信物理层中的频谱效率优化问题,特别涉及一种离散透镜天线阵列辅助的宽带毫米波多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法。

2.背景技术

离散透镜天线阵列(Discrete Lens Antenna Array,DLAA)是一种由连续孔径相控天线集成的大型阵列。通过提前设计好相控阵列的相位值,DLAA可以实现对空间信道的离散傅里叶变换,将空域大规模天线系统(massive multiple-input multiple-output,M-MIMO)信道转化为波束域M-MIMO信道。这一技术已被广泛应用于毫米波(millimeter-wave,mmWave)通信中。由于毫米波的波长很短,路径损耗严重,可分辨传播路径数远少于天线数,变换到波束域的mmWave M-MIMO信道具有明显的稀疏特性,即极少量波束对应的信道增益远大于其余波束。

在DLAA辅助的mmWave M-MIMO通信中,基站侧的射频链路与DLAA之间插入一个由开关结构组成的波束选择网络,可以从稀疏的波束域信道中选出能量聚集的波束。将这些能量聚焦的波束分别与独立的射频链路相连,可以在保证系统性能没有很大损失的前提下极大的减少系统的射频链路数,进而有效节省硬件成本以及功率损耗。

在DLAA辅助的mmWave多用户MIMO上行通信中,为了更好地平衡系统的频谱效率和系统的硬件成本,需要联合设计用户侧的预编码矩阵以及基站侧的波束选择矩阵。传统的mmWave无线通信传输方法设计大多只考虑基于单载波传输的窄带通信。由于毫米波频段较高频谱资源丰富,考虑宽带传输更为实际;此外,由于毫米波的波长较短,天线尺寸往往更小,用户侧可以配置多天线进行传输。因此,本发明提出一种更实际的DLAA辅助的宽带mmWave多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法,系统采用宽带传输,用户配置多条天线,采用混合模数预编码结构。通过考虑宽带系统的波束选择网络的频率独立性以及用户侧移相器模拟预编码的影响,本发明提出了一种复杂度较低的算法对基站侧的波束选择矩阵、用户侧的移相器模拟预编码矩阵以及数字域预编码矩阵进行联合优化以改善系统的上行频谱效率。

3.发明内容及特征

本发明提出一种离散透镜天线阵列辅助的宽带毫米波多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法,能够有效提高宽带毫米波多用户大规模MIMO上行链路的频谱效率,并且显著降低优化问题求解和物理层实现的复杂度。

为实现上述发明目的,本发明所述的离散透镜天线阵列辅助的宽带毫米波多用户大规模MIMO上行频谱效率优化方法,包括以下步骤:

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