[发明专利]一种大规模MIMO系统中的宽带模数混合预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO系统中低成本低复杂度的宽带模数混合预处理方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着信息与通信技术(ICT,Information and Communication Technology)的不断发展，为了更好的提升系统的频谱效率(SE，spectrum efficiency)和能量效率(EE，energy efficiency)，大规模多输入多输出(Massive MIMO,Massive multiple-input multiple-output)技术在近几年来迅速发展^[1]。Massive MIMO作为传统MIMO技术的拓展，将天线数增加到数十根甚至上百根，能够提供较大的分集和复用增益，可以将信道容量提高数十倍^[5]。通过在基站布有大量天线，Massive MIMO可以有效消除多用户间干扰，小区间干扰，并简化了多址层^[2]。

理论上，在Massive MIMO系统中采用全数字波束形成(BF，beamforming)可以产生最优的性能^[3]。在基带进行数字化处理，这就需要每个天线对应一个射频(RF，radio frequency)链路，RF链路非常昂贵，当天线数很大时，采用和天线数相同数量的RF链路将会产生极高的费用和严重的散热问题，这在实际中是不可行的^[4]。因此，一种RF链路数少于总天线数的波束形成方案将是实用，且更符合实际的。

为了解决上述问题，一种新型的模数混合预编码的思想被相应的提出来^[5]。模数混合预编码即为在基带做一级低维度的数字预编码后，再对RF信号做一级高维度的模拟预编码。通过少量的RF链路映射全部天线，有效的减少RF链路数，相应的降低费用和信号处理复杂度。

对于模数混合预编码，[5]中提出了在Massive MIMO系统中对于单用户情况的模数混合预编码设计方案。[3]中提出了在Massive MIMO系统中对于窄带多用户情况的一种次优的模数混合预编码设计方案。然而对于多载波宽带系统，模拟预编码的设计不能针对各载波独立设计，只能在整个带宽上做一次模拟预编码，这就使问题变得更加复杂。和单级预编码相比，模数混合预编码需要进行模拟和数字预编码器的联合优化设计，传统的迭代优化算法复杂度很高，在实际系统中难以应用。

[1]Long Zhao，Hui Zhao，Fanglong Hu，Kan Zheng and Jingxing Zhang,Energy Efficient Power Allocation Algorithm for Downlink Massive MIMO with MRT Precoding,Vehicular Technology Conference(VTC Fall),2013IEEE 78th,vol.,no.,pp.1,5,2-5Sept.2013.

[2]Narasimhan,T.L.,Raviteja,P.and Chockalingam,A.,Large-scale multiuser SM-MIMO versus massive MIMO,Information Theory and Applications Workshop(ITA),2014,vol.,no.,pp.1,9,9-14Feb.2014.

[3]Shuangfeng Han,Chih Lin I,Rowell,C.,Zhikun Xu,Sen Wang and Zhengang Pan,Large scale antenna system with hybrid digital and analog beamforming structure,Communications Workshops(ICC),2014IEEE International Conference on,vol.,no.,pp.842,847,10-14June 2014.