一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法技术

本发明专利技术涉及一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，包括以下步骤：给出开关与移相器级联的模拟网络结构，并建立基于该结构的毫米波大规模MIMO系统混合预编码数学模型；通过信道矩阵奇异值分解求解全数字最优预编码矩阵，然后随机生成模拟移相预编码矩阵；利用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵；利用相位旋转优化模拟移相预编码矩阵；利用上述的模拟移相预编码矩阵、模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵，完成混合预编码。与现有技术相比，本发明专利技术所提模拟移相—开关级联网络只需要与天线阵元数相等的移相器，具有较低硬件成本和功耗等优点；进一步的，仿真实验结果表明，本发明专利技术基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法具有较高的频谱效率和能量效率。

A Hybrid Precoding Method Based on Analog Phase Shift-Switch Cascaded Network

【技术实现步骤摘要】
一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法
本专利技术涉及毫米波大规模MIMO系统模拟网络结构，涉及混合预编码方法，更为具体的说是涉及一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，属于无线通信

技术介绍
随着现代信息社会的高速发展和智能移动终端的迅速普及，移动数据传输需求呈现指数增长。在当前无线电频谱资源日益短缺的情形下，如何实现无线数据的高速传输，满足5G网络在用户体验速率、吞吐量等方面的需求，是当前移动通信领域亟待解决的关键问题。相关研究表明：毫米波频段(30GHz-300GHz)拥有大量的空闲频谱资源，可以支持10Gbps以上的数据传输速率，以毫米波为载频进行数据传输是5G网络实现超高系统容量最为直接有效的途径。然而毫米波信号的自由路径损耗和大气吸收衰减等均远大于低频信号，具有传输距离较短，信噪比较低等缺点。为此，毫米波通信系统通常采用大规模MIMO天线阵列进行信号的发射与接收，通过大规模天线阵列的波束赋形增益克服信号传输衰减与损耗，从而增加信号的传播距离，提高数据传输速率。混合预编码是毫米波大规模MIMO系统的关键技术之一，对提升系统频谱效率、降低系统能量消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.给出开关与移相器级联的模拟网络结构，并建立基于该结构的毫米波大规模MIMO系统混合预编码数学模型；步骤2.通过信道矩阵奇异值分解求解全数字最优预编码矩阵，然后随机生成模拟移相预编码矩阵；步骤3.利用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵；步骤4.在步骤3基础之上，利用相位旋转优化模拟移相预编码矩阵；步骤5.利用步骤3～4给出的模拟移相预编码矩阵、模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵，完成混合预编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.给出开关与移相器级联的模拟网络结构，并建立基于该结构的毫米波大规模MIMO系统混合预编码数学模型；步骤2.通过信道矩阵奇异值分解求解全数字最优预编码矩阵，然后随机生成模拟移相预编码矩阵；步骤3.利用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵；步骤4.在步骤3基础之上，利用相位旋转优化模拟移相预编码矩阵；步骤5.利用步骤3～4给出的模拟移相预编码矩阵、模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵，完成混合预编码。2.根据权利要求1所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，其特征在于，步骤1中包括，利用最小化混合预编码矩阵残差准则表示所述的混合预编码数学模型：其中，表示全数字最优预编码矩阵；分别为模拟移相预编码矩阵，模拟开关预编码矩阵和数字预编码矩阵；[FS]mn∈{0,1}表示FS满足0-1约束，[·]mn表示矩阵的第m行、第n列元素；为恒模对角矩阵，满足|fPS,i|＝1；表示发射功率约束；Ns为数据流数，NRF表示射频链个数，Nt、Nr分别表示发射和接收天线数；|·|表示复数的模，||·||F表示矩阵的F-范数。3.根据权利要求2所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，其特征在于，所述步骤2包括，对信道矩阵进行奇异值分解，取右奇异矩阵的前Ns列作为全数字最优预编码矩阵然后随机生成恒模对角模拟移相预编码矩阵4.根据权利要求3所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法，其特征在于，根据步骤3中，采用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵FS和数字预编码矩阵FBB，其求解步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福来，阚晓东，杜瑞燕，白晓宇，刘华菁，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13