[发明专利]一种毫米波通信中基于迭代最小的预编码方法

说明书

本发明公开了一种毫米波通信中基于迭代最小的预编码方法，将信道采用DFT分解方式进行分解，构造出最优的混合预编码，将混合预编码的设计转换为矩阵的分解问题，通过对数字预编码实施正交约束，根据数字预编码的正交特性，将模拟预编码的相位提取出来，通过多次迭代，从而形成最终的混合预编码方案。与其他预编码方式对比，该方法能够提高系统的频谱效率，降低预编码技术的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种能够提高频谱效率，且降低混合预编码的复杂度的毫米波大规模MIMO的混合预编码方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

无线网络的容量随着高数据速率多媒体的接入，而呈现指数型增长。通过利用物理层技术可以提高频谱效率，如大规模MIMO，信道编码，以及网络密集化等技术由于这些技术本身可能不足以满足未来的业务需求。因此，利用未充分利用的频谱带来增加商业无线系统的频谱是增加网络容量的一种解决方案。

最初，mmWave蜂窝系统的成功的主要障碍是由于载波频率的十倍增加带来的巨大的路径损耗和雨衰得益于mmWAVE信号的波长较小，mmWAVE MIMO预编码可以利用收发器上的大规模天线提供显着的波束成形增益，以应对路径损耗并合成高度定向的波束。此外，可以通过经由空间复用发送多个数据流来进一步增加频谱效率。

传统的MIMO系统中，预编码通常是在基带处数字的进行处理，这样使得能够控制信号的幅度和相位。但是，完全的数字预编码需要与天线元件相当的专用基带和射频(RF)链。不幸的是，由于毫米波混合信号的硬件成本和功耗使得这种收发器结构不可行。为了减少RF链的数量，本文考虑混合模拟和数字预编码，即通过低维的数字预编码器和高维的模拟预编码器串联来实现。其中模拟预编码通常采用移相器来实现，即将恒定的模数约束放置在RF预编码器的元件上。

混合预编码是毫米波MIMO系统中新出现的技术。正交匹配追踪(OMP)算法是最广泛使用的算法，该算法需要从某些候选的矢量中选取模拟预编码矩阵的列，尽管这种方式极大的简化了设计问题，但是也将提出额外的开销来用于预先获取阵列响应向量的信息，因此还具有一定的复杂度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种毫米波通信中基于迭代最小的预编码方法，该方法能够提高系统的频谱效率，降低预编码技术的复杂度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种毫米波通信中基于迭代最小的预编码方法，将信道采用DFT分解方式进行分解，构造出最优的混合预编码，将混合预编码的设计转换为矩阵的分解问题，通过对数字预编码实施正交约束，根据数字预编码的正交特性，将模拟预编码的相位提取出来，通过多次迭代，从而形成最终的混合预编码方案。

具体包括以下步骤：

步骤1，通过最大化毫米波信道上的互信息来设计F_RFF_BB，采用解耦设计，预编码器的设计问题表示为：

其中，是可行的RF预编码器的组合，也就是具有恒模约束的矩阵集合，F_BB为的基带预编码器，I为单位矩阵；

由于H_v酉等价于信道H，因此式子(7)重写为：

将信道H_v进行分解，定义其中H_p是对角矩阵，使用H_v的信道分解式子(8)被重写为

定义矩阵∑和矩阵V为两个部分，分别为：