一种用于毫米波RSM‑MIMO系统的混合预编码方法技术方案

本发明专利技术属于通信抗干扰技术领域，具体的说是涉及一种用于毫米波RSM‑MIMO系统的混合预编码方法。本发明专利技术主要为了降低复杂度，具体方法如下：发射端首先在基带做数字预编码，然后在模拟域用移相器来调节相位使发射天线全对准接收端的激活天线,使发射端激活天线的功率达到最大。本发明专利技术的有益效果为，多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统中瑞利信道下的接收空间调制(Receive Spatial Modulation,RSM)中的预编码矩阵的维度是Nt×Nr，而本发明专利技术的数字预编码矩阵的维度是L×Nr(其中Nt表示发射天线数，Nr表示接收天线数，L表示多径数)，且在毫米波信道下，多径数远小于发射天线数，故与传统的设计相比，能够在BER性能几乎没有损失的情况下，极大地降低了算法的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于毫米波RSM-MIMO系统的混合预编码方法
本专利技术属于通信抗干扰
，涉及接收端空间调制(ReceiveSpatialModulation,RSM)技术，混合预编码(HybridBeamforming,HB)技术，毫米波通信(Millimeter-Wave(mmWave)Communication)，以及多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)技术，具体的说是涉及一种用于毫米波RSM-MIMO系统的混合预编码方法。
技术介绍
MIMO系统相对于单输入单输出(SISO)系统，在系统容量上有了很大的提升。但是由于MIMO系统中配备多个昂贵的射频链路，使得硬件的成本和复杂度都增加很大，因此，为了降低硬件成本，人们提出了混合预编码技术。在模拟域利用相对廉价的移相器等器件能大大地减少射频链数，从而降低硬件成本。新兴起的毫米波通信技术能提供大量的带宽，并且有效提高通信容量，因此被视为5G移动网络的一个重要部分。将毫米波技术与MIMO技术相结合(mmWave-MIMO)可以克服毫米波传播的高路径损耗的问题，而新兴的RSM技术可以为mmWave-MIMO提供低复杂度和高速率设计，因此提出了毫米波RSM-MIMO系统。为了在提供可从MIMO系统获得的确定分集增益的同时减少RF的成本损耗，混合预编码(HybridBeamforming,HB)是一个很有效的技术,于是提出了毫米波通信的HB-RSM方案。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是提出一种用于毫米波RSM-MIMO系统的混合预编码方法。本专利技术的技术方案如下：一种用于毫米波RSM-MIMO系统的混合预编码方法，设定毫米波RSM-MIMO系统具有L条多径，Nt根发射天线和Nr根接收天线，用于传输每组为b比特的数字信号；其中每组b比特数据经过SM调制后映射为天线序号i和APM符号x，毫米波信道矩阵为：其中，和表示天线的阵列响应向量，且λ为波长，d为内置天线间的距离；其特征在于，对已知的毫米波信道和发射信号x进行混合预编码方法包括以下步骤：S1、设置模拟预编码矩阵W如下：W＝AMS(φ0)；φ0为波束成形指向；S2、根据模拟预编码矩阵W将等效的信道矩阵转化为：S3、根据等效的信道矩阵设置数字端迫零预编码矩阵为：其中，为归一化因子；S4、根据迫零预编码矩阵得到混合预编码后的接收信号为：本专利技术的有益效果在于，多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)系统中瑞利信道下的接收空间调制(ReceiveSpatialModulation,RSM)中的预编码矩阵的维度是Nt×Nr，而本专利技术的数字预编码矩阵的维度是L×Nr，且在毫米波信道下，多径数远小于发射天线数，故与传统的设计相比，能够在BER性能几乎没有损失的情况下，极大地降低了算法的复杂度。附图说明图1是本专利技术的基于混合预编码的毫米波RSM系统框图；图2是本专利技术混合预编码后毫米波RSM系统BER性能图；图3是混合预编码前后毫米波RSM系统BER性能对比示意图。具体实施方式下面将结合附图，详细描述本专利技术的技术方案。MIMO系统中瑞利衰落信道(Rayleighfadingchannel)下的RSM技术是直接利用信道矩阵H进行迫零预编码(Zeroforcingprecoding)，而信道矩阵H的维度为Nr×Nt，在大规模MIMO系统下，射频链路数目要与天线数匹配，则有极高的硬件代价，且数字端迫零预编码矩阵的生成将会有较高的复杂度。为了解决上述问题，本专利技术提出将混合预编码技术应用于毫米波RSM系统中，能在系统BER性能几乎没有损失的情况下，较大程度地降低系统的复杂度。同传统RSM系统一样，本专利技术在数字端仍然采用迫零预编码，而在模拟域则引入波束成形技术，具体实施方案如下：发射端首先在数字端做迫零预编码，然后在模拟域用移相器来调节相位使发射天线全对准接收端的激活天线，使接收端激活天线的功率达到最大，系统框图如图1所示，可以看到与传统的接收端空间调制(RSM)系统模型相比，该模型在发射端增加了一个模拟预编码的模块，通过在模拟域用移相器对发射天线调节相位使其对准接收端的激活天线，使接收端激活天线的功率达到最大，且能达到减少硬件代价的目的。考虑一个有Nt根发送天线，Nr根接收天线，多径数为L的毫米波接收端空间调制系统，更具体的，假设Nt＝4,Nr＝2。选取调制阶数为M＝4的正交相移键控(QPSK)调制方式，则该系统的传输速率为：m＝log2(M)+log2(Nr)。若待传输的比特数据为b＝101，则前一个比特对应RSM系统中的天线索引映射，后两个比特对应QPSK调制符号映射，因此RSM映射之后对应的接收端激活天线为第2根，对应的QPSK符号为-1+i。接下来进行混合预编码。首先设计模拟预编码矩阵W，现考虑等距天线阵列的情况，可利用天线阵列响应矩阵来设计模拟预编码矩阵，若要波束成形指向φ0，则设置模拟预编码矩阵为W＝AMS(φ0)。已知毫米波信道矩阵为:其中又则其是一个主对角占优的矩阵。将看作等效信道矩阵其维度为Nr×L，在大规模天线阵列毫米波通信系统中，多径数是远远小于发射天线数的，则对该系统做模拟预编码后的等效信道矩阵相当于对原信道矩阵进行了降维操作。在设计数字端的迫零预编码矩阵FZF时直接对等效信道作处理，能极大地降低了系统的复杂度，则有:其中，为归一化因子。在进行混合预编码之后，系统的接收信号可以写成：仿真结果见说明书附图的图2和图3，图2给出了本专利技术混合预编码后毫米波RSM系统的BER性能，可以看出：在高SNR的情况下，本专利技术的混合预编码毫米波RSM系统有较好的BER性能。图3给出了混合预编码前后毫米波RSM系统BER性能对比示意图，可以看出：预编码前后的BER性能几乎没有差别，即与传统设计相比，本专利技术几乎没有性能损失，而在设计数字预编码矩阵时，等效信道矩阵的维度远远小于原信道矩阵的维度，这样能有效地降低系统的复杂度。综上所述：和传统设计相比，本专利技术在几乎没有BER性能损失的情况下，较大程度地降低了系统的复杂度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于毫米波RSM‑MIMO系统的混合预编码方法，设定毫米波RSM‑MIMO系统具有L条多径，Nt根发射天线和Nr根接收天线，用于传输每组为b比特的数字信号；其中每组b比特数据经过SM调制后映射为天线序号i和APM符号x，毫米波信道矩阵为：

【技术特征摘要】
1.一种用于毫米波RSM-MIMO系统的混合预编码方法，设定毫米波RSM-MIMO系统具有L条多径，Nt根发射天线和Nr根接收天线，用于传输每组为b比特的数字信号；其中每组b比特数据经过SM调制后映射为天线序号i和APM符号x，毫米波信道矩阵为：其中，和表示天线的阵列响应向量，且λ为波长，d为内置天线间的距离；其特征在于，对已知的毫米波信道和发射信号x进行混合预编码方法包括以下步骤：S1、设置模拟预编码矩阵W如下：W＝AMS(φ0...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱静，杨平，肖悦，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51