基于可重构天线的混合预编码的方法与设备技术

本发明专利技术的目的是提供一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法与设备。具体地，基于用户的信道状态信息确定MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；根据信道状态信息与辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；根据数字预编码矩阵对基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的待发射数据；根据模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的待发射数据进行模拟预编码处理。其中，与现有技术相比，本发明专利技术将RA应用于混合预编码，相对于现有混合预编码方案，实现了更好的性能，而不增加硬件成本和复杂性，且在混合预编码的性能和复杂性之间能够提供良好平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的技术。
技术介绍
大规模MIMO(多输入多输出，Multiple-InputMultiple-Output)因其具有能成倍提高无线系统的频谱和功率效率的显著能力，而引起广泛关注。理论上，使用全数字预编码，大规模MIMO的优势可被最大化。然而，全数字预编码需要用于每一天线单元的专用RF(射频，RadioFrequency)链路，而导致成本增加、硬件复杂化，以及功率消耗提高。从实现角度，更期待一种需要数量少得多的RF链路，但仍能够保持大部分全数字预编码增益的预编码技术。混合模拟/数字预编码通过将部分空间信号处理从基带移到射频前端来降低RF链路数量。已证明尽管复用增益受RF链路数量限制，但通过适当处理，混合预编码仍能够实现全分集与阵列增益。通过使用模拟相移网络来实现模拟预编码。混合预编码的性能严重依赖相移网络的结构。图1和图2示出了两种典型的混合预编码结构(图1与图2中的S表示经基带处理后的数据流的数量)，其中，图1中的相移网络为复杂相移网络，图2中的相移网络为简单相移网络。对于复杂相移网络，混合预编码能够实现接近全数字预编码的性能。然而，在此情形下，相移网络的实现带来新的挑战。另一方面，简单的相移网络虽然易于实现，但是结果性能不大具有吸引力。可重构天线因其能够根据需求调整自身的电学参数(如辐射方向图、工作频率、极化方向等)的能力，近来受到广泛关注。使用传统天线技术，需要一个天线阵列来调整辐射方向图(radiationpattern)。通过适当改变映射至不同天线的信号的相位和幅度，能够将辐射方向图调整为指向特定方向。使用可重构天线(RA，reconfigurableantenna)，通过调整每一天线单元的电学参数，能够调整其辐射方向图，这能够大幅度降低无线系统的复杂性和成本，因为可使用单一天线单元来实现天线阵列的类似效果。对于多个RA单元，即RA阵列，不同单元可具有相同或不同的辐射方向图。现有技术如申请号为201410427818.1的中国专利申请[1]提出了一种小小区(smallcell)中的基于RA的波束成形技术，包括天线结构、用户位置估计，以及波束转换机制，相似的结果也在文献[1]Mobilerelaystationwithradiationpatternreconfigurableantenna(IEEEVTCspring,2014,第1-5页)中有公开。中国专利申请和文献[1]中提出的RA技术能够根据用户实时位置调整每一天线单元的辐射方向图，如图3示出使用中国专利申请[1]和文献[1]公开的RA技术可得到的一些简单辐射方向图，其结构简单且成本低，便于在实时系统中实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法与设备。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法，其中，所述MIMO系统中的天线为可重构天线，其中，该方法包括以下步骤：a基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；b根据所述信道状态信息与所述辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；c根据所述数字预编码矩阵对所述基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的所述待发射数据；d根据所述模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的所述待发射数据进行模拟预编码处理。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的设备，其中，所述MIMO系统中的天线为可重构天线，其中，该设备包括：辐射方向图确定装置，用于基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；矩阵计算装置，用于根据所述信道状态信息与所述辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；数字预编码处理装置，用于根据所述数字预编码矩阵对所述基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的所述待发射数据；模拟预编码处理装置，用于根据所述模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的所述待发射数据进行模拟预编码处理。与现有技术相比，本专利技术将RA应用于混合预编码，利用RA特性克服因相移网络强加的限制所带来的混合预编码的性能损失，相对于现有混合预编码方案，实现了更好的性能，而不增加硬件成本和复杂性，且在混合预编码的性能和复杂性之间能够提供良好平衡。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出现有技术中一种相移网络为复杂相移网络的混合预编码结构示意图；图2示出现有技术中一种相移网络为简单相移网络的混合预编码结构示意图；图3示出使用中国专利申请[1]和文献[1]公开的RA技术可得到的辐射方向图；图4示出根据本专利技术一个方面的一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的设备示意图；图5示出本专利技术一个实施例的混合预编码结构示意图；图6示出本专利技术的混合预编码(采用可重构天线)与现有技术中采用传统天线的混合预编码之间的性能结果比较示意图；图7示出根据本专利技术另一个方面的一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法流程图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。图4示出根据本专利技术一个方面的一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的设备1，其中，所述MIMO系统中的天线为可重构天线，其中，设备1包括辐射方向图确定装置11、矩阵计算装置12、数字预编码处理装置13和模拟预编码处理装置14。具体地，辐射方向图确定装置11基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；矩阵计算装置12根据所述信道状态信息与所述辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；数字预编码处理装置13根据所述数字预编码矩阵对所述基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的所述待发射数据；模拟预编码处理装置14根据所述模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的所述待发射数据进行模拟预编码处理。在此，设备1是指能够将RA技术应用于现有混合预编码方案中的设备。在此，设备1包括一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和信息处理的电子设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(FPGA)、数字处理器(DSP)、嵌入式设备等。具体地，辐射方向图确定装置11基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图，如将MIMO系统的有效信道的平均容量取得最大值时的辐射方向图作为所述辐射方向图。在此，所述有效信道是指经过模拟预编码后的信道。在此，以图2所示混合预编码结构为例，示出本专利技术如何基于用户的信道状态信息确定MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图。考虑采用正交频分复用(OFDM)的、具有NFFT个子载波的大规模MIMO系统的下行链路(DL)，假设采用时分双工模式(TDD)，因此，基站能够从上行链路探测信号获得用户的信道状态信息(CSI)，假设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法，其中，所述MIMO系统中的天线为可重构天线，其中，该方法包括以下步骤：a基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；b根据所述信道状态信息与所述辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；c根据所述数字预编码矩阵对所述基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的所述待发射数据；d根据所述模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的所述待发射数据进行模拟预编码处理。

【技术特征摘要】
1.一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编码的方法，其中，所述MIMO系统中的天线为可重构天线，其中，该方法包括以下步骤：a基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图；b根据所述信道状态信息与所述辐射方向图，分别计算模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵；c根据所述数字预编码矩阵对所述基站端的待发射数据进行数字预编码处理，以获得经数字预编码处理后的所述待发射数据；d根据所述模拟预编码矩阵，对经数字预编码处理后的所述待发射数据进行模拟预编码处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤a包括：-基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可重构天线的辐射方向图，其中，所述MIMO系统的有效信道的平均容量在该辐射方向图下取得最大值。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述MIMO系统还包括辐射方向图控制模块，其中，该方法还包括：-将所述每一可重构天线的辐射方向图发送至所述辐射图控制模块，以由所述辐射方向图控制模块基于所述辐射方向图控制相应可重构天线的辐射方向。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述模拟预编码矩阵由相移网络实现。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述可重构天线为由至少两个可重构天线单元组成的可重构天线阵列；其中，所述步骤a包括：-基于用户的信道状态信息确定所述MIMO系统中基站端的每一可
\t重构天线单元的辐射方向图。6.一种用于MIMO系统的基于可重构天线的混合预编...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴克颖，王伟，
申请(专利权)人：上海贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31