一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法及装置。所述方法包括：根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。本发明专利技术能够从综合考虑硬件复杂度、功耗和CSI开销出发，基于用户分组的实现混合时间尺度的混合预编码方案，在保证一定平均用户可达速率和公平性的同时，实现具有高能量效率、低CSI开销、低硬件复杂度以及低计算复杂度的混合预编码。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法及装置
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法及装置。
技术介绍
大规模多输入多输出(MIMO)技术通过增加基站处的天线数目(M＞＞1)提高频谱效率，成为5G时代的核心技术之一。大规模MIMO中全数字预编码技术中所需射频(RF)链路等于天线数，由于基站天线数高达数十根甚至上百根，大大增加了硬件成本和功耗，这种全数字预编码技术已不再适用。因此，低成本、低功耗的模拟-数字混合预编码技术逐渐得到广泛应用。目前，大规模MIMO系统中混合预编码的硬件结构主要分为全连接天线结构，即每个RF链和所有天线连接，以及部分连接天线结构，即每个RF链和固定部分天线连接。此外，基于自适应连接网络(ACN)的天线结构无需加法器，即每个RF链和部分天线之间通过可编程开关芯片自适应地连接，相比于部分连接天线结构进一步提高天线阵列增益且减少硬件成本。此外，在大规模MIMO的频分复用(FDD)系统中，由于导频数量限制，很难获取实时信道状态信息(CSI)设计预编码。为了解决这一问题，基于混合时间尺度CSI的混合预编码方案陆续被提出。随着基站密度和基站天线数的增加，同时减小功耗、硬件复杂度和CSI开销是非常必要的。然而现有的基于混合时间尺度的混合预编码方法都是基于传统天线结构，即全连接天线结构和部分连接的天线结构，没有同时考虑训练开销和硬件成本问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的大规模MIMO系统中的混合预编码方法及装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法，包括：根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种大规模MIMO系统中的混合预编码装置，包括：分组模块，用于根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；计算模块，用于对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；以及预编码模块，用于根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本专利技术大规模MIMO系统中的混合预编码方法方法及其任一可选实施例的方法。根据本专利技术的另一个方面，提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本专利技术大规模MIMO系统中的混合预编码方法方法及其任一可选实施例的方法。本专利技术提出一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法，能够从综合考虑硬件复杂度、功耗和CSI开销出发，基于用户分组的实现混合时间尺度的混合预编码方案，在保证一定平均用户可达速率和公平性的同时，实现具有高能量效率、低CSI开销、低硬件复杂度以及低计算复杂度的混合预编码。附图说明图1为本专利技术实施例基于用户分组的混合时间尺度的混合预编码的MIMO系统结构示意图；图2为本专利技术实施例大规模MIMO系统中的混合预编码方法流程示意图；图3为本专利技术实施例将最优模拟预编码投影到满足约束条件的可行解空间中获得近似最优的模拟预编码的算法流程图；图4为本专利技术实施例一种电子设备的框架示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。针对现有技术中在综合考虑功耗、硬件成本以及CSI开销方面的不足，本专利技术实施例提出一种综合考虑以上因素的基于自适应连接网络和混合时间尺度的混合预编码方法。图1示出了基于用户分组的混合时间尺度的混合预编码的MIMO系统结构示意图。如图1所示，考虑单小区单个基站多用户的大规模MIMO系统，其中基站处配置M根天线(M＞＞1)，L根RF链路，有K个单天线用户(K≤L＜M)。和分别表示天线集合和RF链集合，其中为了简化描述，我们重点考虑L＝K的情况。表示信道矩阵，为用户k的信道矢量。表示模拟预编码矩阵，其硬件由自适应连接网络ACN和M个模拟移相器APS实现。RF链和天线之间的连接由ACN动态调节，ACN的本质是一个可编程的开关芯片。ACN中的连接和APS的相位都需要根据F的优化结果确定，其中F的优化与信道统计信息相关。表示与实时有效CSI相关的数字预编码矩阵。图2为本专利技术实施例大规模MIMO系统中的混合预编码方法流程示意图，如图2所示，基于图1的系统结构，本专利技术实施例所述大规模MIMO系统中的混合预编码方法，包括：S100，根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；具体的，根据每个用户的空间相关性矩阵Rk将K个用户分为G个组，和分别表示所有组的集合和第g组的用户集合，为第g组的用户数。则分组后H＝[H1,...,Hg,...,HG]，第g组的信道为F＝[F1,...,Fg,...,FG]，第g组的模拟预编码为W＝diag(W1,...,Wg,...,WG)，第g组的数字预编码为则K个用户下行接收信号可表示为：其中，是第g组的功率归一化矩阵保证总功率为P，对角线上元素为表示加性高斯白噪声矢量。则第g组中用户k的信漏噪比(SLNR)可写为：S200，对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；具体的，基于获得的统计信漏噪比，本专利技术实施例根据自适应连接网络和模拟移相器APS的硬件约束建立最优化模型，以便求解最优模拟预编码。S300，根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。由于ACN是一个可编程的开关芯片，本专利技术实施例根据求得的最优模拟预编码确定ACN中的连接和APS的相位，即对ACN进行开关编程并对APS进行相位编码，从而实现混合预编码。本专利技术实施例提出的大规模MIMO系统中的混合预编码方法，能够从综合考虑硬件复杂度、功耗和CSI开销出发，基于用户分组的实现混合时间尺度的混合预编码方案，在保证一定平均用户可达速率和公平性的同时，实现具有高能量效率、低CSI开销、低硬件复杂度以及低计算复杂度的混合预编码。具体的，假设同一组中的用户具有相同的空间相关矩阵，即Rk＝Rg,且第g组中用户k的平均SLNR的下界可以被近似为：其中，SSLNRg为第g组的统计信漏噪比(SSLNR)，第g组的用户集合为g为组的序号，Sg'为第g'组的用户数；第g组的信道为hk为Hg中第k列的列向量；为hk的共轭转置；第g组的模拟预编码为为第g组的模拟预编码Fg的共轭转置，fl为Fg中第l列的列向量；第g组的数字预编码为wk为Wg中第k列的列向量；为wk的共轭转置；Rk＝Rg,为第g组用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法，其特征在于，包括：根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。

【技术特征摘要】
1.一种大规模MIMO系统中的混合预编码方法，其特征在于，包括：根据每个用户的空间相关性矩阵将所有用户分为若干组，获得若干组用户集合；对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码；根据所述最优模拟预编码，确定所述ACN中的连接和所述APS的相位，以实现混合预编码。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户集合的统计信漏噪比SSLNRg满足：其中，第g组的用户集合为g，g为组的序号，Sg'为第g'组的用户数；第g组的信道为hk为Hg中第k列的列向量；为hk的共轭转置；第g组的模拟预编码为为第g组的模拟预编码Fg的共轭转置，fl为Fg中第l列的列向量；第g组的数字预编码为wk为Wg中第k列的列向量；为wk的共轭转置；为第g组用户k的空间相关矩阵；P为总发射功率；SLNRk为第g组中用户k的信漏噪比且3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件为：C1:C2:C3:其中，SSLNRg为第g组的统计信漏噪比，为组的集合，为第g组的模拟预编码，M表示基站天线数，Sg为第g组的用户数。fm,l表示模拟预编码矩阵中第m行、第l列的元素，L表示射频链数，B为模拟移相器(APS)的精度，为天线集合，fl表示模拟预编码矩阵F中第l列矢量；C1为APS相位和幅度的约束条件，C2和C3为ACN天线结构的约束条件。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对于每个用户集合，根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，获得最优模拟预编码，具体包括：根据所述用户集合的统计信漏噪比，结合自适应连接网络ACN和模拟移相器APS的硬件约束条件，建立最优化模型；基于所述最优化模型，通过启发式算法求解最优模拟预编码。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕颖蕾，魏敏，满毅，张勇，王莉，梁文耀，安宁，程康，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11