一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法，适用于混合模‑数波束赋形架构下宽带毫米波大规模MIMO系统。该方法利用F‑范数所表征的信道状况对天线进行自适应分组，用户链路与分配的天线组进行全连接，不仅保证信道性能，而且解决了传统毫米波系统功耗较大和硬件成本较高的问题。此外，本发明专利技术对基于码本的模拟波束成形设计方法进行了改进，使其可以运用于天线自适应分组的混合波束成型系统中。在一优选方案中，本发明专利技术还采用基于最小均方误差准则的方法迭代设计数字波束成形器，进一步提高系统的误比特性能。

A codebook based adaptive block wideband hybrid beamforming method

The invention discloses a codebook based adaptive grouping broadband hybrid beam shaping design method, which is applicable to the broadband millimeter wave large-scale MIMO system under the hybrid mode \u2011 number beam shaping architecture. This method uses the channel state represented by F \u2011 norm to group the antennas adaptively. The user link is fully connected with the allocated antenna group, which not only guarantees the channel performance, but also solves the problems of high power consumption and high hardware cost of the traditional millimeter wave system. In addition, the invention improves the analog beamforming design method based on codebook, so that it can be used in the hybrid beamforming system of antenna adaptive grouping. In a preferred scheme, the invention also adopts a method based on the minimum mean square error criterion to iteratively design a digital beamformer, further improving the bit error performance of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法
本专利技术涉及无线通信中的波束赋形领域，尤其涉及一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法。
技术介绍
随着物联网和移动互联网等技术的迅猛发展，社会生活对无线数据传输的速率和可靠性的要求大大提高。而毫米波大规模MIMO技术，被认为是可以实现吉比特每秒数据传输的关键技术之一。同时，毫米波频段波长极短，易于实现大规模天线阵列的集成化、小型化，从而便于空间设备装配。因而毫米波大规模MIMO技术是满足无人机和卫星等飞行器通信需求的关键技术之一。在毫米波大规模MIMO系统中，波束赋形往往是不可或缺的一环，它可以获取足够的阵列增益，以解决毫米波路径损耗的问题，同时它还可以显著减少用户之间的干扰，以及同一用户不同数据流之间的干扰，从而成倍地提升系统容量。当前毫米波大规模MIMO技术也面临着很多技术挑战，其中最大的问题就是如何降低毫米波大规模MIMO系统中所需的硬件成本和功耗。为降低毫米波大规模的硬件成本和能量消耗，其中一个研究的热点问题就是通过采用混合波束赋形技术来减少所需射频链数量。在传统低频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法，适用于混合模-数波束赋形架构下宽带毫米波大规模MIMO系统，其特征在于，包括：/n步骤一、在每个相干时间内，基站根据用户的信道信息为基站射频链路分配天线组，基站中每个用户对应的射频链路与为该用户分配的天线组全连接；天线分组时，针对每个用户u，将该用户的所有子载波信道矩阵进行堆叠获得用户等效子信道H

【技术特征摘要】
1.一种基于码本的自适应分组宽带混合波束赋形设计方法，适用于混合模-数波束赋形架构下宽带毫米波大规模MIMO系统，其特征在于，包括：
步骤一、在每个相干时间内，基站根据用户的信道信息为基站射频链路分配天线组，基站中每个用户对应的射频链路与为该用户分配的天线组全连接；天线分组时，针对每个用户u，将该用户的所有子载波信道矩阵进行堆叠获得用户等效子信道Hu；计算所有用户的用户等效子信道H1,…,HU中所有列矢量的F-范数，找到F-范数最大者对应的列和用户，记为iopt和uopt，将列iopt对应的天线分配给用户uopt；然后将F-范数次大者所在列对应的天线分配给相应用户，以此类推，完成所有天线分组；在进行天线分组时，同一天线只能分配给一个用户；
步骤二、采用基于码本的贪婪算法，逐射频链路寻找基站和用户码本中使得等效信道能量最大的基站码字、用户码字及对应用户，利用找到的基站码字结合天线分组情况生成基站模拟波束赋形器，并利用找到的用户码字生成用户模拟波束赋形器；
步骤三、根据用户模拟波束赋形器和基站模拟波束赋形器设计基站端和用户端的数字波束赋形器。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤1.1、设置未被分配的天线索引集合为：Nt为基站装配的天线数量；用户集合为：U为用户总数；为各个用户对应的射频链路分配的天线集合为空集：
步骤1.2、在相干时间内，基站针对每个用户将该用户的所有子载波信道矩阵进行堆叠，获得用户等效子信道：



其中，Hu为用户u的用户等效子信道；为用户u的第k个子载波信道矩阵，上角标T为矩阵转置，K为子载波总数；
步骤1.3、寻找信道能量最大的天线索引：
从集合中的所有用户的用户等效子信道矩阵H1,…,HU中，选择F-范数最大的列矢量，该列矢量的序号i就是所对应的天线索引，且该天线索引属于未被分配的天线索引集合中，则将i记为iopt；将F-范数最大的列矢量所在的Hu的u所表达的用户记为uopt；
步骤1.4、天线分配与剔除
将天线索引iopt加入到uopt对应的天线集合中；同时，在未被分配的天线索引集合中剔除该天线索引iopt；当用户uopt对应的天线集合中的天线索引数量达到Nt/U，从用户集合中剔除该用户uopt；
步骤1.5、输出天线分组集合
当有天线索引集合为空时，输出天线分组集合否则回到步骤1.3。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二包括：
从基站码本中为基站选取码字，从用户码本中为各用户选取码字，找出使信道能量最大化的基站码字用户及用户码字将选出的基站码字和用户码字以从右侧添加的方式补充到服务用户uopt的基站模拟波束赋形器和用户uopt的模拟波束赋形器中；重复选取码字和补充到赋形器的操作，从而获得所有用户的用户模拟波束赋形器和基站模拟波束赋形器。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高镇，孙艺玮，毛杰宁，王华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11