大规模MIMO基于多连接结构的模拟及混合预编码方法技术

大规模MIMO基于多连接结构的模拟预编码方法，包括以下步骤：步骤1：求解模拟预编码矩阵F

【技术实现步骤摘要】
大规模MIMO基于多连接结构的模拟及混合预编码方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种大规模MIMO基于多连接结构的模拟及混合预编码方法。

技术介绍

[0002]大规模MIMO(massive multiple
‑
input multiple
‑
output)通过在基站配置数十至数百个天线，并结合简单的发射预编码和接收合并处理，能极大提升系统频谱效率和功率效率，已成为第五代移动通信(5G)和后5G等无线通信系统的关键技术。理论上，在下行链路中大规模MIMO需采用全数字预编码以获取最优系统性能。然而，基带的数字化处理要求天线阵列每个阵元具有独立的射频链路，导致复杂度、成本和功耗相对于传统MIMO急剧上升，这在很大程度上限制了大规模MIMO的实际应用。由此，研究人员提出了射频链路数少于基站天线数的模数混合预编码方案。其基本思想是：将预编码分解为基带低维数字预编码和射频高维模拟预编码两个部分，且后者通常使用简单的移相器实现。
[0003]图1给出了通用的大规模MIMO混合预编码器的全连接结构和部分连接结构示意。在图1a所示全连接结构中，每个射频链路通过移相器与所有发射天线相连，故所需移相器数量等于射频链路数与发射天线数之积；天线很多时，所需移相器将达到数百甚至上千，从而导致极高的硬件成本和功耗。在图1b所示部分连接结构中，每个射频链路仅与某个子阵列中发射天线相连，即每个发射天线仅能连接一个射频链路，故所需移相器数等于天线数，相较于全连接结构大幅降低了硬件成本和功耗。以上两种连接结构的大规模MIMO混合预编码均可适用于单用户终端和多用户终端两种情形。
[0004]全连接结构。对多用户终端情形，文献【Liang L,etal.Low
‑
complexity hybrid precoding in massive multiuser MIMO systems[J].IEEE Wireless Communications Letters,2014,3(6):653
‑
656.】提出了“基于空口信道系数相位信息的模拟预编码+基于等效信道矩阵求逆的数字预编码”的混合预编码方法。其主要优点是直接提取空口信道系数的相位信息生成模拟预编码矩阵，以极低复杂度分别求出模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵的简单闭合解。对单用户终端情形，将该方法的“基于等效信道矩阵求逆的数字预编码”替换为“基于等效信道矩阵奇异值分解的数字预编码”即可。
[0005]部分连接结构。对单用户终端情形，文献【Ming Zhu,et al.Low
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complexity partially
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connected hybrid precoding for massive MIMO systems[C].Proceedings of IEEE Wireless Communications&Networking Conference(WCNC),2020:1
‑
6.】提出了“固定子阵列且顺序+基于空口信道系数相位信息的模拟预编码+基于等效信道矩阵奇异值分解的数字预编码”的混合预编码方法。对多用户终端情形，文献【张雷,等.大规模MIMO混合预编码器及匹配关系[P].ZL202010844421.8,2022
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03
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11.】提出了“固定子阵列且排序+基于空口信道系数相位信息的模拟预编码+基于等效信道矩阵求逆的数字预编码”的混合预编码方法。这两种方法的共同特点是：天线子阵列为固定的集中式设计，每个射频链路通过顺序或排序方式与相应子阵列连接；直接提取空口信道系数的相位信息生成模拟预编码
矩阵，并实现等增益发送的模拟预编码增益，因而能以极低复杂度获得尚可的总体性能。
[0006]以上基于全连接结构的混合预编码技术虽性能更优，但硬件成本和功耗极高。基于部分连接结构的混合预编码技术也存在不足：首先，虽可大幅减少移相器数量，但其内在特性决定了其性能较全连接结构尚有不小差距；其次，天线子阵列为固定的集中式设计，未充分利用大规模MIMO系统的空间自由度，未能获得足够的模拟预编码增益，导致整体的混合预编码性能还有较大提升空间。
[0007]申请人在申请号为2023101141665,名称为”超大规模MIMO中基于动态子阵列的混合预编码方法”中公开的预编码方法建立在超大规模MIMO系统信道矩阵具有块稀疏特性基础之上,需要考虑控制用户之间的频谱效率差异，适用对象为超大规模MIMO系统(信道矩阵具有块稀疏特性)的混合预编码，通用性不足。

技术实现思路

[0008]为克服上述现有技术的缺点，本专利技术公开了一种大规模MIMO基于多连接结构的模拟及混合预编码方法。
[0009]本专利技术所述大规模MIMO基于多连接结构的模拟预编码方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0010]步骤1：求解模拟预编码矩阵F
RF
的前Q
‑
1个子矩阵；
[0011]初始设定q＝1；
[0012]步骤101.遍历发射天线n
TX
＝(q
‑
1)KM+1，(q
‑
1)KM+2，...，qKM中的每一天线，在信道矩阵H的第n
TX
列所有K个信道系数中选择出其中幅度最大的J个，对应的接收天线序号记为q＝1，2，...，Q
‑
1；J为多连接因子1≤J≤N
RF
；
[0013]步骤102.则模拟预编码矩阵F
RF
的第个元素
[0014][0015]其中表示信道矩阵H中元素的相位；
[0016]步骤103.若上述遍历过程中，若某一接收天线对应的信道系数被选中达JM次，则在后续选择过程中将该信道系数从候选集合中删除；
[0017]步骤104.分别令q＝2,3,
…
Q
‑
1；重复步骤101
‑
103；
[0018]步骤2：求解模拟预编码矩阵F
RF
的第Q个子矩阵；
[0019]步骤201.对发射天线n
TX
＝(Q
‑
1)KM+1，(Q
‑
1)KM+2，...，N
TX
，在信道矩阵H的第n
TX
列的前N
RF
‑
(Q
‑
1)K个信道系数中选择出幅度最大的J个，对应的接收天线序号记为
[0020]步骤202.则模拟预编码矩阵F
RF
的第个元素
[0021][0022]其中表示信道矩阵H中元素的相位；
[0023]步骤203.在上述过程中，若某一接收天线对应的信道系数被选中达JM次，则在后续查找中将该信道系数从候选集合中删除；
[0024]步骤3.集合步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大规模MIMO基于多连接结构的模拟预编码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：求解模拟预编码矩阵F
RF
的前Q
‑
1个子矩阵；初始设定q＝1；步骤101.遍历发射天线n
TX
＝(q
‑
1)KM+1，(q
‑
1)KM+2，...，qKM中的每一天线，在信道矩阵H的第n
TX
列所有K个信道系数中选择出其中幅度最大的J个，对应的接收天线序号记为J为多连接因子1≤J≤N
RF
；步骤102.则模拟预编码矩阵F
RF
的第个元素其中表示信道矩阵H中元素的相位；步骤103.若上述遍历过程中，若某一接收天线对应的信道系数被选中达JM次，则在后续选择过程中将该信道系数从候选集合中删除；步骤104.分别令q＝2,3,
…
Q
‑
1；重复步骤101
‑
103；步骤2：求解模拟预编码矩阵F
RF
的第Q个子矩阵；步骤201.对发射天线n
TX
＝(Q
‑
1)KM+1，(Q
‑
1)KM+2，...，N
TX
，在信道矩阵H的第n
TX
列的前N
RF
‑
(Q
‑
1)K个信道系数中选择出幅度最大的J个，对应的接收天线序号记为步骤202.则模拟预编码矩阵F
RF
的第个元素其中表示信道矩阵H中元素的相位；步骤203.在上述过程中，若某一接收天线对应的信道系数被选中达JM次，则在后续查找中将该信道系数从候选集合中删除；步骤3.集合步骤1和步骤二中得到的全部元素，组合形成模拟预编码矩阵F
RF
；所述信道矩阵所述信道矩阵所述信道矩阵表示基站第n
TX
个天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，赵灿，向博，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：