[发明专利]一种基于毫米波MIMO系统的有限反馈混合预编码方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波MIMO系统的有限反馈混合预编码方法，包括以下步骤：S1：构造模拟预定义码本集合及其码字搜索方法；S2：将毫米波MIMO系统的模拟预定义码本集合和数字预定义码本集合同时存储于基站和用户终端；S3：用户终端获得模拟预编码矩阵F_RF；S4：再根据模拟预编码矩阵F_RF及信道状态信息得到基带预编码矩阵F_BB；S5:将模拟预编码矩阵F_RF和数字预编码矩阵F_BB波束索引反馈到基站；S6：基站得到预编码矩阵F＝F_RFF_BB，并利用预编码矩阵F向用户发送数据。本发明采用模拟预定义码本的构造方法，能得到较好的性能。

技术领域

本发明属于移动通信技术及多天线技术领域，涉及在毫米波频段的频分双工(FDD)系统，提出一种应用于单用户场景下的具有大规模天线阵列的毫米波MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统的有限反馈混合预编码方法。

背景技术

目前，随着无线通信技术和移动互联网的飞速发展，人们不断地对移动通信速率提出更高的要求。然而，无线通信系统中可用频谱和发射功率等系统资源都是有限的，无法满足日益增长的速率要求。毫米波通信与应用于大多无线应用和蜂窝系统的微波通信相比，具有大的和未开发利用的毫米波带宽。虽然毫米波信号会经历更多的自由空间路径损耗，但由于毫米波带宽的短波长，可以在一定的尺寸内封装大量的天线元件，即毫米波系统的发射端和接收端具有大规模的天线阵列，所以毫米波系统可以利用大规模的天线阵列产生的波束成型增益来弥补其带来的自由空间损耗。毫米波信道的传播特征是它的高自由空间路径损失，而这会导致有限的空间选择性或有限的散射体。即毫米波系统具有空间稀疏散射体特性，故毫米波通信已成为未来蜂窝无线系统最有希望的候选者之一。对于毫米波MIMO系统，在实际场景中使用与传统低频MIMO系统一样的全数字收发架构是难以实现的。首先，全数字收发架构设计要求每个天线元件都连接一个射频链，就目前的半导体技术而言，毫米波信号混合信号组件的高成本和高功率损耗使得全数字预编码矩阵是不可能实现的。其次，毫米波收发机的特征是具有大的紧密堆叠的天线阵列，会导致高水平的天线相关性。

此外，一般的有限反馈都是将信道状态信息反馈给基站，然后基站根据信道状态信息进行预编码设计，但是在毫米波MIMO系统或是低频MIMO系统中，由于天线数的增多，信道矩阵H的维数也会变得很大，这样的有限反馈的计算复杂度是非常高的。同时，在实际场景中也是不可能实现的。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种基于毫米波MIMO系统的有限反馈混合预编码方法，采用两级混合预编码方法，并采用新的模拟预定码本的构造方法和双码本的结构将模拟/数字预编码相结合，显著降低码字搜索复杂度，从而能够有效的降低了计算复杂度，并取得较好的性能，与现有技术其他毫米波的有限反馈方法相比提高了1-2dB。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于毫米波MIMO系统的有限反馈混合预编码方法，包括以下步骤：

步骤S1：构造模拟预定义码本集合及其码字搜索方法，而数字预定义码本采用的是常规的随机矢量量化码本集合。其中由于毫米波MIMO系统的模拟预编码矩阵通常采用模拟移相器实现，从而使得模拟预编码矩阵的每个元素的模量恒定。所以设计预定义码本时要考虑到这一约束条件。模拟预定义码本设计包括码本的设计方法及设计准则。在模拟预定义码本的设计中，加入了旋转矩阵的概念，是基于编码原理，可以进行很好等价映射，从而构造一个较好的码本。由于数字预编码矩阵的相关硬件没有什么约束限制，所以数字预定义码本采用的是常规的随机矢量量化(RVQ)码本集合。

步骤S2：将毫米波MIMO系统的模拟预定义码本集合和数字预定义码本集合同时存储于基站和用户终端。