[发明专利]一种低能耗的毫米波MIMO通信预编码设计方法

说明书

本发明公开了一种低能耗的毫米波MIMO通信预编码设计方法，提出一种联合考虑移相器和DAC精度结构的方法，基于该结构公开一种混合预编码方法。具体包括以下步骤：给出本发明的能量效率求解模型；对信道矩阵进行奇异值分解获取全精度模拟预编码；利用最小二乘法获取数字预编码矩阵；根据获得的模拟预编码矩阵进行一定精度的角度量化；最后对移相器和DAC精度进行联合优化，获得最佳的量化精度配比和混合预编码矩阵。本发明的预编码方法在具有低功耗传输的同时，还可以保证系统的频谱效率满足通信需求并且拥有较高的能量效率。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，涉及无线通信系统中的毫米波大规模多输入多输出（MIMO）技术，具体是毫米波MIMO通信系统的移相器和数模转换器结构与方法。

背景技术

面对不断增长的通信需求，传统通信技术已经不能很好地满足人们。毫米波具有丰富的使用频段（30G~300G）和足够的带宽，再配合大规模MIMO通信技术，可以很好地满足人们目前对通信的要求。毫米波通信的波长短，可以使天线阵列被封装在一个较小的空间内，提高天线的增益，以此来弥补发送端的功率损耗。然而采用传统的每根天线分配一个射频链路的结构会造成极大的功率消耗，数字预编码与模拟预编码结合的混合预编码方法可以减少射频链路的个数，而不过多增加系统的能量损耗。数字预编码器和模拟预编码器之间存在的数模转换器（DAC）是影响系统性能的重要因素，它直接控制着由数字信号到模拟信号的转变。当DAC量化的精度较低时，不足以满足系统通信需求；当采用精度很高时，高精度所提升的系统性能不足以补偿多余的功率损耗。模拟预编码的移相器的精度也面临着同样的精度选择问题。

如何选择合适的移相器精度和DAC精度是权衡的关键，既要保证系统的通信质量，又不能造成过多不必要的能量损耗。因此，如何设计一种低能耗的毫米波混合预编码方法，利用较低的功耗达到较高的频谱效率，是毫米波通信中亟待解决的问题之一。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提出一种低功耗毫米波MIMO通信预编码方法，并在此基础上公开了一种联合优化有限精度移相器和DAC结构的混合预编码方法。本发明综合考虑对DAC和移相器有限精度量化，目的在减少系统能量损耗的同时，保证系统有较高的频谱效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1.信号接收模型与目标函数建立

本发明针对一个毫米波MIMO点对点下行通信系统。基站端以功率p发送长度为N_s的数据流信号s，存在N_rf个射频（RF）链路，经过大小为N_rf×N_s的数字预编码矩阵F_D和N_t×N_rf的全精度模拟预编码矩阵F_A对信号的幅度和相位进行了调整后，通过N_t根天线将预处理后的信号发送给接收端，同时每根天线对应配置一个DAC对，信号经过DAC处理后加入硬件失真噪声。

在接收端接收的信号表示

y=（1-μ）sqrt(p)HF_AF_Ds+sqrt(p)HF_Ae+n（1）

其中sqrt()为开根号操作，H为信道矩阵且大小为N_r×N_t，n为高斯白噪声且服从均值为0方差为1的正态分布；μ为DAC的失真因子且与转换器的精度有关；e为DAC对应的失真噪声；