基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法技术

本发明专利技术揭示了一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，包括如下步骤：S1、信道状态信息获取步骤，在目标用户附近设置K个基站，各基站均获取信道状态信息Hi，各基站交换信息；S2、模拟预编码

【技术实现步骤摘要】
基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法
本专利技术涉及一种编码方法，具体而言，涉及一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，属于无线通信

技术介绍
毫米波蜂窝网络通信拥有丰富的频谱资源，可以满足5G网络高速率传输需求，被认为是5G通信技术中的关键技术之一。毫米波的波长较短可以在收发端布置较多的天线，利用天线阵列的增益弥补毫米波信号在传输中的严重的信号衰减。因此毫米波通信可以很好的和大规模MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多入多出)技术相结合，大规模MIMO技术通过天线增益和空间自由度可以很好的解决毫米波通信由于环境引起的损耗问题。基带数字预编码与RF模拟预编码相结合的混合预编码技术是最有希望解决毫米波大规模MIMO波束赋形问题的办法，混合预编码技术可以很好的平衡硬件限制和系统性能，使系统性能接近全数字预编码的理想效果。在5G网络中，小区基站密集化部署，尽管这种部署方式能够保证网络通信效果，但也会带来十分严重的小区间干扰。协作传输技术(CoMP)是指在多蜂窝系统中多个小区基站共享信道信息和数据信息联合对目标用户进行数据传输。通过多个基站同时对小区边缘用户传输数据，利用传输分集提高传输的可靠性和传输速率，可以很好的解决小区间干扰问题，从而提升用户通信质量以及系统容量。目前，协作传输技术已经应用在4GLTE-Advanced系统中，被用来解决小区间干扰，提升系统性能，并且3GPP也提出了相应的标准。尽管上述研究已经取得了诸多成果，但在目前关于毫米波MIMO混合预编码的研究中，大都是考虑单基站的情况，关于多个基站的协作传输毫米波MIMO混合预编码的研究仍然是业内所忽视的空白领域。也正因如此，如何提出一种全新的混合预编码方法，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术的目的是提出一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，包括如下步骤：S1、信道状态信息获取步骤，在目标用户附近设置K个基站，每个基站均借助信道互易性或用户端的反馈获取信道状态信息Hi，其中i＝[1，2，3...K]，各个基站通过回程网络交换彼此获取的信道信息和所要传输的信号信息；S2、模拟预编码和WRF设计步骤，通过基站所获取的信道状态信息，构建等效信道状态信息，以最大化等效阵列增益来联合设计和WRF；S3、基站选择步骤，借助S2中获取的信息计算得到第k个基站的等效信道，并判断第k个基站的等效信道增益是否大于等于阈值η，若满足条件则将该基站视为协作传输基站，否则将该基站视为干扰基站；S4、基带数字预编码和WBB设计步骤，借助S3中获取的基站选择信息，设K个基站中存在K′个干扰基站，其余为协作传输基站，其中K′＜K，分别对协作传输基站和干扰基站的等效信道进行奇异值分解，并使用协作传输基站的等效信道矩阵的非零奇异值对应的子空间和干扰基站的等效信道矩阵的零空间构造预编码矩阵，分别得到基带数字预编码和用户的基带数字合并预编码WBB。优选地，在所述S2模拟预编码和WRF设计步骤中，通过广义低秩近似方法求解出和WRF。优选地，所述S3基站选择步骤，具体包括：计算第k个基站的等效信道其中k＝[1，2，3，...，K]，随后判断不等式是否成立，其中η为设定的阈值，若不等式成立则将第k个基站视为对目标用户传输有用信号的协作传输基站，否则将第k个基站视为不对目标用户传输有用信号的干扰基站，并将该基站留作为其他用户传输信号使用。优选地，在所述S4基带数字预编码和WBB设计步骤中，在计算得出等效信道后，利用等效信道信息进行数字预编码设计，得到和WBB。优选地，所述S2模拟预编码和WRF设计步骤，具体包括：S21、构建等效信道其中k＝[1，2，3，...，K]；S22、根据S21中构建的等效信道，以最大化等效信道信息建立优化问题，Nt表示基站天线数目，Nr表示移动端接收天线数目，S23、利用矩阵广义低秩近似的迭代算法解决S22提出的问题，求出近似最优解，对S22中的问题进行转化得到，优选地，所述S23具体包括：S231、初始化迭代次数，使i＝0，阈值ε∈R为一个任意小的数；S232、设置i＝i+1，计算通过对Pk(i)的奇异值分解，得到即Pk(i)中前最大的特征值对应的特征向量构成的矩阵，表示发射端RF射频链路数目；S233、对进行恒模映射，S234、计算对Q(i)的奇异值分解，记即Q(i)奇异值分解中对应的前最大最大特征值对应的特征向量构成的矩阵，表示接收端RF射频链路数目；S235、对进行恒模映射，S236、令S237、依据x＜ε判断迭代条件，若不等式成立则结束迭代，否则返回S232。优选地，所述S4基带数字预编码和WBB设计步骤，具体包括：S41、设K个基站中存在K′个不对目标用户传输有用信号的干扰基站，其余为对目标用户传输有用信号的协作传输基站，其中K′＜K；S42、在协作传输基站的基站端对所述协作传输基站的等效信道进行奇异值分解，得到则基站端基带数字预编码为其中表示非零奇异值对应的右奇异向量组成的矩阵，相应的合并预编码矩阵WBB＝Uk；S43、在干扰基站的基站端对所述干扰基站的等效信道进行奇异值分解得到则基站端基带数字预编码为其中k＝[1，2，3，...，K′]，表示零奇异值对应的右奇异向量组成的矩阵，相应的合并预编码矩阵WBB＝Uk。优选地，在所述S4基带数字预编码和WBB设计步骤中，所述协作传输基站的数字预编码为其等效信道矩阵的非零奇异值对应的右奇异向量组成的矩阵，所述干扰基站的数字预编码为其等效信道矩阵的零奇异值对应的右奇异向量，所述用户端的合并预编码矩阵为相对应的左奇异向量。与现有技术相比，本专利技术的优点主要体现在以下几个方面：本专利技术综合考虑了多基站的信道状态信息，并提出了一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，可以很好地解决现有技术中小区基站间相互干扰的问题。同时，本专利技术还考虑到了基站密集部署的情景下多基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码技术，相比与单基站的传输情景，本专利技术可以有效地提升目标用户的通信质量，保证通信效果。此外，本专利技术也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他编码及通信技术的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。总体而言，本专利技术所提出的基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，使用效果优异，具有很高的使用及推广价值。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为本专利技术的应用场景图；图2为本专利技术结构示意图；图3为本专利技术的流程示意图；图4为本专利技术中求解模拟预编码迭代算法的流程示意图。具体实施方式本专利技术揭示了一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1为本专利技术的应用场景图：在该场景下目标用户MS周围共有K个基站，基站间通过回程网络共享传输的信息和获取的信道状态信息，其中有K′＜K个基站为干扰基站。K-K′个基站给目标用户发送有用数据信息。图2为本专利技术的毫米波MIMO混合预编码系统结构图：如图所示每个基站有Nt个天线和个RF射频链路，可以发生Ns个数据流，且用户端有Nr个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、信道状态信息获取步骤，在目标用户附近设置K个基站，每个基站均借助信道互易性或用户端的反馈获取信道状态信息Hi，其中i＝[1,2,3,...,K]，各个基站通过回程网络交换彼此获取的信道信息和所要传输的信号信息；S2、模拟预编码

【技术特征摘要】
1.一种基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、信道状态信息获取步骤，在目标用户附近设置K个基站，每个基站均借助信道互易性或用户端的反馈获取信道状态信息Hi，其中i＝[1,2,3,...,K]，各个基站通过回程网络交换彼此获取的信道信息和所要传输的信号信息；S2、模拟预编码和WRF设计步骤，通过基站所获取的信道状态信息，构建等效信道状态信息，以最大化等效阵列增益来联合设计和WRF；S3、基站选择步骤，借助S2中获取的信息计算得到第k个基站的等效信道，并判断第k个基站的等效信道增益是否大于等于阈值η，若满足条件则将该基站视为协作传输基站，否则将该基站视为干扰基站；S4、基带数字预编码和WBB设计步骤，借助S3中获取的基站选择信息，设K个基站中存在K′个干扰基站，其余为协作传输基站，其中K′＜K，分别对协作传输基站和干扰基站的等效信道进行奇异值分解，并使用协作传输基站的等效信道矩阵的非零奇异值对应的子空间和干扰基站的等效信道矩阵的零空间构造预编码矩阵，分别得到基带数字预编码和用户的基带数字合并预编码WBB。2.根据权利要求1所述的基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于：在所述S2模拟预编码和WRF设计步骤中，通过广义低秩近似方法求解出和WRF。3.根据权利要求1所述的基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于，所述S3基站选择步骤，具体包括：计算第k个基站的等效信道其中k＝[1,2,3,...,K]，随后判断不等式是否成立，其中η为设定的阈值，若不等式成立则将第k个基站视为对目标用户传输有用信号的协作传输基站，否则将第k个基站视为不对目标用户传输有用信号的干扰基站，并将该基站留作为其他用户传输信号使用。4.根据权利要求1所述的基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于：在所述S4基带数字预编码和WBB设计步骤中，在计算得出等效信道后，利用等效信道信息进行数字预编码设计，得到和WBB。5.根据权利要求1所述的基站协作传输的毫米波MIMO混合预编码方法，其特征在于，所述S2模拟预编码和WRF设计步骤，具体包括：S21、构建等效信道其中k＝[...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，姜杰，朱雯慧，黄志，赵学健，杨龙祥，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32