[发明专利]分离型数模混合收发通信系统中的模拟波束矢量优化方法

说明书

本发明公开了一种分离型数模混合收发通信系统中的模拟波束矢量优化方法，在分离型数模混合收发通信系统中，利用干扰对齐思想提出一种优化模拟波束矢量的迭代算法，通过此迭代算法根据信道的互易特性交替优化接收端每一个子阵列的波束矢量和发射端每一个子阵列的波束矢量，直到每一个子阵列的干扰的变化小于某给定的阈值。该迭代算法具有收敛速度快、计算量小、复杂度低等优点，可以实现子阵列之间干扰对齐，通过干扰对齐可以减小子阵列之间干扰，进而提高系统的频谱效率，改善系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及到毫米波(Millimeter wave)多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)分离型数模混合收发通信系统中模拟波束矢量优化方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，无线通信设备接入量和用户对数据速率的需求也不断增加，拥有高频段的毫米波和MIMO系统结合可以实现传输速率和频谱效率的提高。毫米波MIMO通信系统受到了全球人的关注，掀起了全球移动通信领域新一轮的技术竞争。为了实现移动互联网的快速发展和业务支撑能力的提升，5G引入先进的多址接入技术、多天线技术、编码调制技术、新波束设计技术等无线传输技术以及采用灵活的网络架构和组网技术等无线网络技术，同时，毫米波频段成为新一代通信技术中最具有发展前景的频段。

在毫米波MIMO通信系统中，为了提高系统传输速率，实现高质量通信，波束成型技术成为了关注的热点。在传统MIMO通信系统中，在基带采用数字波束成型技术，然而一根天线与一个射频(Radio Frequency，RF)链路连接，随着天线数的增加，所需要成本也在增加。在模拟域使用廉价相移器构成的模拟波束成型可以大大减少成本，但是因为相移器本身的限制条件使得性能受到一定的影响，因此使得如何更好地设计模拟波束成型具有了更大的价值。

发明内容

发明目的：在现有的波束成型技术中，大部分都是基于传输速率或者接收功率来确定数字域波束成型或者模拟域波束成型。本发明目的在于提出了一种分离型数模混合收发通信系统中的模拟波束矢量优化方法，在分离型数模混合收发通信系统中，利用干扰对齐思想提出一种优化模拟波束矢量的迭代算法，该迭代算法具有收敛速度快、计算量小、复杂度低等优点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：分离型数模混合收发通信系统中的模拟波束矢量优化方法，该方法利用干扰对齐思想，基于初始的模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵，以最小化接收干扰为目标，根据信道的互易特性交替优化接收端每一个子阵列的波束矢量和发射端每一个子阵列的波束矢量，直到每一个子阵列干扰的变化小于某给定的阈值，进而可得到最终的模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵。

为了更好理解本发明的技术方案，首先介绍一下上述方法中涉及的分离型数模混合收发通信系统中的预编码矩阵和合成矩阵。在分离型数模混合收发通信系统中，一个射频链路与一个天线子阵列相连接，一根天线与一个相移器连接。模拟预编码器由相移器实现，也就是说模拟预编码矩阵F_R元素需要满足幅度为常数的约束条件,F_R可表示如下：

其中F_R的维度为N×N_RF，N_RF为射频链路数，N为总的发射天线数，为第i个发射天线子阵列上天线数，为第i个子阵列的的波束控制矢量，θ_i,l表示第i个子阵列的第l根天线的相位角，T表示转置。类似地，模拟合成矩阵与发射端模拟预编码矩阵表达方式相同，模拟合成矩阵G_R表示如下：

其中G_R为M×N_RF的矩阵，N_RF表示射频链路数，为总的接收天线数，为第k个接收子阵列上天线数，表示第k个子阵列上维度为的波束控制矢量，表示第k个子阵列的第l根天线的相位角。