[发明专利]一种大规模MIMO混合预编码码本设计方法

摘要

本发明涉及一种大规模MIMO混合预编码码本设计方法，属于通信技术领域。该方法中的部分连接码本产生器设计的思路是使得混合预编码矩阵优化逼近信道矩阵的右酉矩阵，具体设计准则是使得误差函数最小，误差函数定义为模拟码本矩阵和数字码本矩阵之积与信道矩阵的右酉矩阵之差的内积。其中信道估计器用来估计信道矩阵，并对信道矩阵进行SVD分解得到右酉矩阵。本发明提出的全连接码本产生器设计的思路是利用傅里叶变换基的正交性和恒模性质，将傅里叶变换基作为全连接模拟码本，而对右酉矩阵的列向量进行傅里叶反变换后所形成的矩阵作为全连接数字码本。

主权项

1.一种大规模MIMO混合预编码码本设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：基站端将N_s个数据流通过N_t个发送天线发送出去,发送端可用的射频链路的个数为每个射频链路和N_t个发送天线连接时为全连接结构；当每个射频链路和个发送天线连接时为部分连接结构，混合预编码的码本矩阵为V_t＝V_RFV_D，其中V_RF为模拟码本，V_D为数字码本；S2：信道估计器准确估计大规模MIMO的频域信道冲激响应矩阵H，对H进行SVD分解H＝UΣVH，得到左酉矩阵U，右酉矩阵V，特征值矩阵Σ；S3：全连接码本产生器包括全连接模拟码本形成器、全连接数字码本形成器两部分构成；部分连接码本产生器包括部分连接模拟码本形成器、部分连接数字码本形成器和迭代控制器三部分构成，这三部分的执行顺序为依次进行；迭代控制器根据误差性能和计算复杂度的需求判断跳转到部分连接模拟码本形成器还是部分连接数字码本形成器；部分连接模拟码本形成器得到模拟码本矩阵VRF；部分连接数字码本形成器得到数字码本矩阵VD；全连接模拟码本形成器VRF为傅里叶变换基矩阵；全连接数字码本形成器VD为对右酉矩阵V进行傅里叶反变换而得到的矩阵；码本逼近的误差函数最小表示为即右酉矩阵与模拟矩阵数字矩阵乘积之差的内积最小；实现方式为当计算V_RF时候，V_D为固定；当计算V_D时候，将V_RF固定；每次只更新矩阵列向量中的一个元素，即先行元素更新后列向量更新；假设x_i为列向量中的一个元素，其中i＝1,...N，N为列向量的元素个数；需要找到最优使得由构成的码本矩阵的误差函数最小，每个元素x_i的更新都能使误差函数更小，从而误差函数能快速收敛；部分连接模拟码本形成器：部分连接模拟码本矩阵V_RF的第i行第k列元素表示为b(i,k)，右酉矩阵的第i行第j列元素表示为a(i,j)，部分连接数字预编码矩阵第k行第j列元素表示为c(k,j)，部分连接模拟码本V_RF的第i^*行第k^*列待求元素b(i^*,k^*)需要满足且|b(i,k)|＝1；将误差函数分解为关于b(i^*,k^*)的一次函数，并求得满足误差函数最小的最优解b(i^*,k^*)，其解参考公式所示；部分连接数字码本形成器，部分连接模拟码本矩阵V_RF的第i行第k列元素表示为b(i,k)，右酉矩阵的第i行第j列元素表示为a(i,j)，部分连接数字预编码矩阵第k行第j列元素表示为c(k,j)，部分连接数字码本V_D的第k^*行第j^*列待求元素c(k^*,j^*)需要满足将误差函数分解为关于c(k^*,j^*)的二次函数，求解该函数需要进行求导，并分析极值点的性质，从而求得满足误差函数最小的最优解c(k^*,j^*)，其解参考公式所示；S4：迭代控制器，将部分连接模拟码本V_RF、部分连接数字码本V_D，和右酉矩阵V，作为迭代控制器的输入计算误差函数当误差精度不满足需求，则输出当前的部分连接模拟码本和部分连接数字码本作为下次部分连接码本形成器的初值码本；当精度满足需求则停止迭代，输出部分连接模拟码本码本和部分连接数字码本作为最终结果；由于部分连接数字码本形成器的计算量要低于部分连接模拟码本形成器，且首次部分连接模拟码本形成器和部分连接数字码本形成器完成后能够将误差控制到较低程度，并且部分连接数字码本形成器的误差函数收敛速度要大于部分连接模拟码本形成器；在精度不满足需求的前提下，当设计需求为性能优先时，在迭代控制器中控制跳转到部分连接模拟码本形成器；当设计需求要权衡计算复杂度和性能时，在迭代控制器中控制跳转到部分连接数字码本形成器。