毫米波大规模MIMO系统中基于相位提取的GMD混合预编码.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114172550A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111542522.0(22)申请日2021.12.14(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区崇文路２号(72)发明人周围杨秋艳贺凡黎婧怡廖先平(51)Int.Cl.H04B7/0456(2017.01)H04B7/0413(2017.01)权利要求书1页说明书9页附图2页(54)发明名称毫米波大规模MIMO系统中基于相位提取的GMD混合预编码(57)摘要本发明针对毫米波大规模多输入多输出系统提出一种基于相位提取的几何均值分解(GeometricMeanDecomposition,GMD)的混合预编码算法，该算法通过GMD处理将信道分解为等增益的子信道，以简化编码复杂度。在此基础上，推导出基于GMD的系统频谱效率优化目标函数解析式；然后利用相位提取和最小二乘法分别设计模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵。通过上述步骤可以有效避免模拟预编码矩阵的取值受阵列响应矢量码本的限制，提高了系统的频谱效率，而且误码率优于传统基于奇异值分解(singularvaluedecomposition，SVD)的混合预编码方案。CN114172550ACN114172550A权利要求书1/1页1.毫米波大规模MIMO系统基于相位提取的GMD混合预编码算法，其特征在于该算法提出了一种不依赖于码本的启发式算法来设计基于几何均值分解(GeometricMeanDecomposition,GMD)的混合预编码器。本发明的算法主要分为两步：第一步利用GMD将最大化发射端互信息量的优化问题转换为最小化F范数下混合预编码矩阵与基于GMD的最优全数字预编码矩阵的优化问题；第二步在第一步的基础上首先通过相位提取算法优化模拟预编码矩阵；其次，基于最小二乘准则设计数字预编码矩阵。通过上述步骤本算法能获得比现有的基于阵列响应为码本的GMD混合预编码器具有更高的频谱效率并且与传统的基于SVD的混合预编码相比具有更低的误码率。2.根据权利要求1所述的毫米波大规模MIMO系统基于相位提取的GMD混合预编码算法，其特征在于所述工作将对信道矩阵做GMD获得的右半酉矩阵视为最优全数字预编码器，可将信道转换为具有相同信噪比的子信道，因此可以自然地避免在SVD预编码中由于不同子信道的不同信噪比引起的复杂的比特分配问题。3.根据权利要求1所述的毫米波大规模MIMO系统基于相位提取的GMD混合预编码算法，其特征在于所述工作在设计一对与最优GMD的预编码器足够接近的模拟和数字预编码器，其基本思路是：利用基于坐标下降理论的相位提取算法计算出与残差矩阵最相关的矢量来优化模拟预编码矩阵中的列矢量，接着通过最小二乘原则计算数字预编码矩阵，之后利用连续干扰消除思想将已优化的模拟和数字预编码矩阵从残差矩阵中减去以此更新残差矩阵，直到模拟预编码矩阵的列矢量全部优化。所提算法避免了以阵列响应矩阵作为码本来设计模拟预编码矩阵，使模拟预编码矩阵的设计更具灵活性，因此本算法相比其他基于GMD的混合预编码算法具有更高的频谱效率。2CN114172550A说明书1/9页毫米波大规模MIMO系统中基于相位提取的GMD混合预编码技术领域[0001]本发明属于无线通信技术领域，主要针对的应用场景是毫米波大规模MIMO系统，主要应用是针对毫米波MIMO系统中完全连接结构中对发射信号做预处理，具体涉及毫米波大规模MIMO系统中基于相位提取的GMD混合预编码算法。背景技术[0002]通过利用30GHz至300GHz之间的大量可用频谱资源，毫米波(Millimeterwave,mmWave)通信已显示出在未来5G系统中能提供超高数据速率传输以及大规模设备连接的巨大潜力。然而毫米波通信存在极高的路径损耗；另一方面，由于毫米波信号的波长非常短，因此可以将大量的天线阵列嵌入到小型设备中，从而形成大规模多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)毫米波系统。此外通过预编码技术可以使得毫米波传输的容量和可靠性都得到显着提高。由于大量天线阵列部署在毫米波大规模MIMO系统上，因此传统的全数字预编码架构(即每个天线均连接到专用射频(Radiofrequency,RF)链)由于功耗过大和硬件成本高昂而难以实现。为了解决这个问题，最近的一些研究将混合预编码技术引入了毫米波大规模MIMO系统。与传统的全数字预编码不同，混合预编码将整个预编码过程划分为数字预编码和模拟预编码，前者使用的RF链比全数字预编码少得多，而后者则通过低成本移相器实现相位移动。与常规的全数字预编码相比，混合预编码可以以更低的硬件成本和功耗实现相近的性能。[0003]混合预编码的结构主