平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法技术方案

平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，涉及天线领域。本发明专利技术是为了解决现有的混合预编码方法大部分都是基于固定的全连接天线阵列结构，具有一定的局限性的问题。根据有限波束导向码本中的每一个波束导向向量与信道矩阵，得到对应的等效信道向量，由最大化等效信道增益准则，从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量组成相位矩阵；根据合路器和分路器的数量得到子目标函数值的集合；从该集合中选取最小的一个子目标函数值，用该数值对应的模拟预编码矩阵控制开关；根据模拟预编码矩阵和信道矩阵，获得等效信道的数字最小和均方误差数字预编码矩阵。用于对下行链路中的多用户干扰进行控制。

【技术实现步骤摘要】
平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法
本专利技术涉及一种适用于平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统的新混合预编码方法——基于最小和均方误差混合预编码方法，属于天线领域。
技术介绍
大规模天线阵列系统的混合预编码技术，由数字预编码和混合预编码两部分组成，可用较低的计算复杂度和较少的射频链路实现，并对下行链路中的多用户干扰进行有效的控制，提升整个系统的性能。目前关于混合预编码方法的研究大部分都是基于固定的全连接天线阵列结构。基于这类天线阵列结构设计的混合预编码方法具有一定的局限性，即以插入损耗换取信道增益，不能在二者之间取得一个折中，损失了一部分的系统性能。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的混合预编码方法大部分都是基于固定的全连接天线阵列结构，具有一定的局限性的问题。现提供平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法。平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，在自适应天线阵列系统中的移相器和合路器的连接线路之间设置开关，所述方法包括以下步骤：步骤一、设定码本大小，得到有限波束导向码本，将有限波束导向码本中的每一个波束导向向量与信道矩阵相乘，得到对应的等效信道向量，对这些等效信道向量的二范数进行排序，由最大化等效信道增益准则，按照二范数由大到小的顺序依次从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量，选取的波束导向向量总数与分路器数量相同，并由这些波束导向向量组成相位矩阵；步骤二、根据合路器和分路器的数量，得到初始连接矩阵，不断更新初始连接矩阵，直到达到更新次数停止更新，得到每次更新后的连接矩阵，根据相位矩阵和每次更新后的连接矩阵得到模拟预编码矩阵集合，计算模拟预编码矩阵集合中每个矩阵对应的子目标函数，得到子目标函数值的集合；步骤三、从子目标函数值的集合中选取最小的一个子目标函数值，用该数值对应的模拟预编码矩阵对开关进行控制，从而改变天线阵列结构；步骤四、根据模拟预编码矩阵和信道矩阵，获得等效信道的数字最小和均方误差数字预编码矩阵，根据该矩阵将调制数据发送给相应的射频链路，实现对下行链路中的多用户干扰的控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于自适应天线阵列结构，根据最小和均方误差准则，分开设计数字预编码部分和模拟预编码部分。数字预编码矩阵设计为等效信道下的数字最小和均方误差预编码矩阵。将模拟预编码部分的矩阵带入系统和均方误差中，可得数字预编码部分的矩阵。模拟预编码矩阵由相位矩阵和连接矩阵决定，相位矩阵中的变量来自有限波束导向码本，而连接矩阵可以通过在有限集合中搜索的方式给出。大规模天线阵列系统的混合预编码技术，由数字预编码和混合预编码两部分组成，可用较低的计算复杂度和较少的射频链路实现，并对下行链路中的多用户干扰进行有效的控制，提升整个系统的性能。本专利技术基于自适应天线阵列结构，设计最小化系统和均方误差的混合预编码方法。该混合预编码方法能够充分利用自适应天线阵列结构的优势，根据信道状况，通过自适应网络动态调整阵列结构，折中等效信道增益和插入损耗，从而大幅度提升系统的有效性和可靠性。附图说明图1为具体实施方式一所述的平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法的流程图；图2为一种具体的自适应阵列结构的混合预编码发射机结构图，图中是分路器，是合路器，是移相器，是开关；图3为现有的预编码方法与本申请的预编码方法的平均和速率对比图；图4为现有的预编码方法与本申请的预编码方法的平均误比特率对比图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，在自适应天线阵列系统中的移相器和合路器的连接线路之间设置开关，所述方法包括以下步骤：步骤一、设定码本大小，得到有限波束导向码本，将有限波束导向码本中的每一个波束导向向量与信道矩阵相乘，得到对应的等效信道向量，对这些等效信道向量的二范数进行排序，由最大化等效信道增益准则，按照二范数由大到小的顺序依次从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量，选取的波束导向向量总数与分路器数量相同，并由这些波束导向向量组成相位矩阵；步骤二、根据合路器和分路器的数量，得到初始连接矩阵，不断更新初始连接矩阵，直到达到更新次数停止更新，得到每次更新后的连接矩阵，根据相位矩阵和每次更新后的连接矩阵得到模拟预编码矩阵集合，计算模拟预编码矩阵集合中每个矩阵对应的子目标函数，得到子目标函数值的集合；步骤三、从子目标函数值的集合中选取最小的一个子目标函数值，用该数值对应的模拟预编码矩阵对开关进行控制，从而改变天线阵列结构；步骤四、根据模拟预编码矩阵和信道矩阵，获得等效信道的数字最小和均方误差数字预编码矩阵，根据该矩阵将调制数据发送给相应的射频链路，实现对下行链路中的多用户干扰的控制。本实施方式中，本申请适用于大规模天线系统的下行多用户干扰控制，要求信道衰落是平坦的，且每个用户与基站之间存在互不相同的视距路径。每个用户可配备单根或多根天线，但要求独立数据流数和射频链路数相同。步骤二中，按照一定规则更新连接矩阵。根据每次更新后的连接矩阵和相位矩阵得到模拟预编码矩阵集合。实施例：平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，假设：1)自适应天线阵列的自适应网络由开关网络组成，且只有控制移相器的自适应网络工作。分路器是功率均分的无源器件；2)基站天线数为NT，射频链路数为MT，且独立数据流数为MT。分路器的数量为MT，移相器的数量为MTNT，合路器的数量为NT；3)信号的总功率为Pd，混合预编码的功率约束为Ptr，功放之前所有发射信号的总功率为Pt，噪声的方差为σ2；4)有限波束导向码本为Γ，码本大小为|Γ|＝24。码本中的波束导向向量为5)小尺度衰落信道为平坦莱斯衰落信道，该信道矩阵记为结合图1的流程图和图2的发射机结构图，所述方法通过以下步骤实现：步骤一、在某时刻工作的移相器和合路器数量分别为NP(NT≤NP≤NTMT)和NC(0≤NC≤NT)，模拟预编码的相位矩阵为步骤二、初始连接矩阵为式中，ui＝Ones(NT/MT,1)和0＝Zeros(NT/MT,1)，子目标函数值的有限集合记为Ω，且|Ω|＝24，第n个数可由下述五步获得：1)从集合{1,2,...,NT}中任意选出NC个数，组成新的集合ΠR。2)对集合{1,2,...,MT}任意排序，组成新的集合ΠC。3)令U＝U0，对连接矩阵进行更新。4)模拟预编码矩阵为则Τ(:,:,k)＝F。5)计算子目标函数值为则Ω(k)＝μ。步骤三、从子目标函数值的集合中选取最小的一个子目标函数值，为：k*＝arg该最小的一个子目标函数值对应的模拟预编码矩阵为：F＝T(:,:,k*)。根据该模拟预编码矩阵对自适应网络中的开关进行控制，调整天线阵列结构；步骤四、等效信道矩阵则数字最小和均方误差预编码矩阵W为：式中，故混合预编码的结果为模拟预编码矩阵F和数字预编码矩阵W。仿真时用到的参数设定为NT＝128，MT＝8，Pd＝Ptr＝8，NC＝8，NP＝149。莱斯因子K设定为5dB。信噪比定义为SNR＝Pd/MTσ2。模拟域所使用器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，其特征在于，在自适应天线阵列系统中的移相器和合路器的连接线路之间设置开关，所述方法包括以下步骤：步骤一、设定码本大小，得到有限波束导向码本，将有限波束导向码本中的每一个波束导向向量与信道矩阵相乘，得到对应的等效信道向量，对这些等效信道向量的二范数进行排序，由最大化等效信道增益准则，按照二范数由大到小的顺序依次从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量，选取的波束导向向量总数与分路器数量相同，并由这些波束导向向量组成相位矩阵；步骤二、根据合路器和分路器的数量，得到初始连接矩阵，不断更新初始连接矩阵，直到达到更新次数停止更新，得到每次更新后的连接矩阵，根据相位矩阵和每次更新后的连接矩阵得到模拟预编码矩阵集合，计算模拟预编码矩阵集合中每个矩阵对应的子目标函数，得到子目标函数值的集合；步骤三、从子目标函数值的集合中选取最小的一个子目标函数值，用该数值对应的模拟预编码矩阵对开关进行控制，从而改变天线阵列结构；步骤四、根据模拟预编码矩阵和信道矩阵，获得等效信道的数字最小和均方误差数字预编码矩阵，根据该矩阵将调制数据发送给相应的射频链路，实现对下行链路中的多用户干扰的控制。...

【技术特征摘要】
1.平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，其特征在于，在自适应天线阵列系统中的移相器和合路器的连接线路之间设置开关，所述方法包括以下步骤：步骤一、设定码本大小，得到有限波束导向码本，将有限波束导向码本中的每一个波束导向向量与信道矩阵相乘，得到对应的等效信道向量，对这些等效信道向量的二范数进行排序，由最大化等效信道增益准则，按照二范数由大到小的顺序依次从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量，选取的波束导向向量总数与分路器数量相同，并由这些波束导向向量组成相位矩阵；步骤二、根据合路器和分路器的数量，得到初始连接矩阵，不断更新初始连接矩阵，直到达到更新次数停止更新，得到每次更新后的连接矩阵，根据相位矩阵和每次更新后的连接矩阵得到模拟预编码矩阵集合，计算模拟预编码矩阵集合中每个矩阵对应的子目标函数，得到子目标函数值的集合；步骤三、从子目标函数值的集合中选取最小的一个子目标函数值，用该数值对应的模拟预编码矩阵对开关进行控制，从而改变天线阵列结构；步骤四、根据模拟预编码矩阵和信道矩阵，获得等效信道的数字最小和均方误差数字预编码矩阵，根据该矩阵将调制数据发送给相应的射频链路，实现对下行链路中的多用户干扰的控制。2.根据权利要求1所述平坦莱斯衰落信道中自适应天线阵列系统下的基于最小和均方误差混合预编码方法，其特征在于，步骤一中，按照二范数由大到小的顺序依次从有限波束导向码本中选取对应的波束导向向量，选取总数与分路器数量相同，并由这些波束导向向量组成相位矩阵FF为：式中，MT表示分路器数量，NT表示基站天线数，at(θi)为对等效信道向量的二范数排序后，第i个二范数对应的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：于启月，郭继冲，孙文彬，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23