[发明专利]大规模天线阵列系统中低反馈混合预编码与接收合并方法

说明书

本发明公开了一种大规模天线阵列系统中低反馈混合预编码与接收合并方法，按如下步骤进行：首先，用户设备估计其到基站间的无线信道参数，包括所有传播路径上的信道增益、发射和接收阵列响应矢量；然后，抓取所有传播路径中信道增益最大路径对应的离开和到达方位角，将这两个方位角反馈给基站；接着，基站根据离开方位角生成发射阵列响应矢量，对发送信号进行模拟预编码，基站进一步根据本发明方法计算等效信道，实现数字预编码；最后，用户设备根据到达方位角生成接收阵列响应矢量，对接收信号进行模拟接收合并。本发明应用于实际大规模天线阵列系统，通过低功耗、低成本的数模混合信号处理，能够有效地实现逼近全数字信号处理方法的频谱效率。

技术领域

本发明涉及一种大规模天线阵列系统中低反馈混合预编码与接收合并技术，属于多天线阵列通信技术领域。

背景技术

毫米波技术利用60GHz左右的大量未许可频段实现通信，能够有效解决未来无线蜂窝通信面临的带宽短缺的问题。与当前蜂窝频段(3G或LTE)中的信号相比，毫米波信号具有严重的路径损耗、穿透损耗和衰落。然而，毫米波的波长较短，使得相同物理尺寸下能够包装更多的天线，可以支持大规模空间复用和高度定向波束成形，从而出现了基于天线阵列通信的大规模多输入多输出技术(MIMO)。这项技术能够利用发射端和接收端的多根天线提供的多个空间自由度，对已有时间和频率资源进行空间上的复用，显著提高频谱资源的利用效率和系统的通信容量。

通信系统中，传统的全数字信号预编码方法通过基带数字处理，实现幅度调制和相位调制，然后经过数模转换器、混频器和功率放大器(通常称为射频链路)，将处理后的数据上变频至载波频率。由于射频链路成本高、功耗大，在大规模毫米波阵列通信系统中，每个天线元件对应一个射频链路是不切实际的，所以传统的全数字信号预编码方法难以实现。对于射频链路数量受限制的问题，现有的解决方案之一是采用数模混合系统结构。本发明针对接收端各个用户均配置天线阵列的混合结构，提出一种低反馈混合预编码与接收合并方法，将信号处理分为模拟域与数字域，用户仅需要向基站反馈离开方位角和到达方位角两个标量，信道反馈负载较小。该方法使用有限数量的射频链路驱动大规模天线阵列，获得逼近全数字信号预编码方法的频谱效率，兼顾运算复杂度和系统性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为解决大规模毫米波阵列通信系统中射频链路数量受限制的问题，提供了一种低反馈两级数模混合预编码与接收合并的传输方法，降低系统成本与功耗，获得逼近全数字信号预编码方法的系统频谱效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

大规模天线阵列系统中低反馈混合预编码与接收合并方法，具体包含如下步骤：

步骤1，设该多用户通信系统中，包含一个基站和K个用户设备，基站拥有M根天线和 N_RF个射频链路；每个用户设备拥有P根接收天线和1个射频链路，参数满足 K＝N_RF≤M,P≥1，且K、M、N_RF、P均是正整数，基站进行基带数字预编码和射频模拟预编码，基带数字预编码矩阵和射频模拟预编码矩阵分别用符号W和F表示，其中，W是 N_RF×K维矩阵，F是M×N_RF维矩阵，每个用户设备分别对其接收到的信号进行模拟接收合并处理，其中，第k个用户设备的接收合并向量用q_k^T,k＝1,2,…,K表示，其中，q_k^T是1×P维向量，k为各用户设备的标号，上标^T表示矩阵转置；

步骤2，定义L为基站到每个用户设备之间的信道所包含的传播路径数量，获得用户设备与基站之间对应信道中L条传播路径上的和l＝1,2,…,L,k＝1,2,…,K，其中，l为各条传播路径的标号，表示基站到第k个用户设备之间信道中的第l条传播路径上的幅度增益，表示基站到第k个用户设备之间信道中的第l条传播路径上的离开方位角，表示基站到第k个用户设备之间信道中的第l条传播路径上的到达方位角；