[发明专利]一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法

说明书

本发明公开了一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法，适用于混合模‑数波束赋形架构下宽带毫米波大规模MIMO系统。该方法利用F‑范数所表征的信道状况对天线进行自适应分组，用户链路与分配的天线组进行全连接，不仅保证信道性能，而且解决了传统毫米波系统功耗较大和硬件成本较高的问题。此外，本发明对基于码本的模拟波束成形设计方法进行了改进，使其可以运用于天线自适应分组的混合波束成型系统中。在一优选方案中，本发明还采用基于最小均方误差准则的方法迭代设计数字波束成形器，进一步提高系统的误比特性能。

技术领域

本发明涉及无线通信中的波束赋形领域，尤其涉及一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法。

背景技术

随着物联网和移动互联网等技术的迅猛发展，社会生活对无线数据传输的速率和可靠性的要求大大提高。而毫米波大规模MIMO技术，被认为是可以实现吉比特每秒数据传输的关键技术之一。同时，毫米波频段波长极短，易于实现大规模天线阵列的集成化、小型化，从而便于空间设备装配。因而毫米波大规模MIMO技术是满足无人机和卫星等飞行器通信需求的关键技术之一。在毫米波大规模MIMO系统中，波束赋形往往是不可或缺的一环，它可以获取足够的阵列增益，以解决毫米波路径损耗的问题，同时它还可以显著减少用户之间的干扰，以及同一用户不同数据流之间的干扰，从而成倍地提升系统容量。

当前毫米波大规模MIMO技术也面临着很多技术挑战，其中最大的问题就是如何降低毫米波大规模MIMO系统中所需的硬件成本和功耗。为降低毫米波大规模的硬件成本和能量消耗，其中一个研究的热点问题就是通过采用混合波束赋形技术来减少所需射频链数量。在传统低频段MIMO系统中，波束赋形通常是在基带中进行以便更好地控制波束赋形矩阵中的每个元素。但这种全数字波束赋形在毫米波大规模MIMO中难以实现，究其原因，全数字波束赋形需要每根天线配置专用的射频链路，而射频链路通常包含高精度的模数转换器、功率放大器和混频器等，这样使得射频链路的硬件成本昂贵且功耗巨大，而在大规模MIMO系统中，天线数量大大增加，射频链路数量也随之大大增加的话，通信系统将面临着难以承受的硬件成本与功耗。为此，目前学术界是通过混合波束赋形解决这一问题，混合波束赋形通过将传统全数字波束赋形分为高维模拟波束赋型和低维数字干扰消除，而其中天线是通过移相网络与射频链路相连，使得射频链路数量远少于天线数量，并且移相器的硬件成本相对便宜，从而达到了降低硬件成本和系统功耗的目的。此外，目前大部分波束赋形工作考虑的全连接结构，即每根天线需要与所有射频链相连，而相连的每条链路上需要配备一个专用的移相器，这将需要大量移相器作为支撑，为减少移相器数量，需要进一步考虑部分子连接结构，减少射频链路与天线之间的连接，从而大幅减少移相器数量。