大规模MIMO混合预编码器及匹配关系制造技术

本发明专利技术公开了一种大规模MIMO混合预编码器及匹配关系，该匹配关系建立在发射天线子阵列和用户终端之间，匹配的为用户终端的信道系数相位信息与对应发射天线子阵列的移相操作。大规模MIMO混合预编码器采用大规模MIMO混合预编码匹配关系，采用部分连接结构，将对应于K个用户终端的K路独立数据流经大规模MIMO混合预编码器处理后，再通过N

【技术实现步骤摘要】
大规模MIMO混合预编码器及匹配关系
本专利技术属于无线通信
，特别涉及一种大规模MIMO混合预编码器及匹配关系。
技术介绍
贝尔实验室Marzetta等提出的大规模MIMO(massivemultiple-inputmultiple-output)技术，通过在基站配置数十至数百个天线，并结合简单的发射预编码和接收合并处理，能极大提升系统频谱效率和功率效率，遂已成为第五代移动通信系统(5G)等无线通信系统的关键技术。图1给出了通用的大规模MIMO混合预编码器的全连接结构和部分连接结构示意。早期的大部分模数混合预编码都针对全连接结构设计。在图1a所示全连接结构中，每个射频链路通过移相器与所有天线相连，故所需移相器数量等于射频链路数与天线数之积。当天线很多时，所需移相器将达到数百甚至上千，从而导致极高的能耗和处理复杂度。因此，又提出了图1b所示基于部分连接结构的模数混合预编码，即每个射频链路仅与某个天线子阵列中所有天线相连，故所需移相器数等于天线数。上述研究表明，部分连接结构能获得比全连接结构更好的成本、复杂度和性能折衷。然而，这些主要存在两点不足：1)几乎都针对单用户系统研究，所用奇异值分解等矩阵分解方法难以推广至多用户情形，不能实现多用户复用增益；2)多采用迭代或搜索类等高复杂度算法，难以应用于实际系统。文献[张雷,周晓锋,代红.大规模MIMO系统模数混合预编码方法[P].中国:ZL201611057987.6,2017-08-15.]针对采用部分连接结构的多用户大规模MIMO系统，提出了“基于空口信道相位信息的块对角模拟预编码+基于等效信道矩阵的迫零数字预编码”的模数混合预编码方法。该方法虽然复杂度较低，但固化了用户和天线子阵列之间的匹配关系，未能充分利用用户的不同子阵列增益存在的差异，导致性能还有较大提升空间。
技术实现思路
本专利技术提供一种大规模MIMO混合预编码器及匹配关系，利用不同发射天线子阵列到不同用户终端的信道增益存在差异这一特点，基于大规模MIMO混合预编码匹配关系将用户终端和发射天线子阵列匹配，显著提升使用部分连接结构的多用户大规模MIMO模数混合预编码频谱效率。本专利技术通过下述技术方案实现：大规模MIMO混合预编码匹配关系，该匹配关系建立在发射天线子阵列和用户终端之间；大规模MIMO混合预编码匹配关系为：第1步，用户终端和发射天线子阵列分别赋予序号，计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；第3步，重复第2步，直到用户终端匹配完毕；第4步，如果发射天线子阵列未分配完，继续对所有用户终端依次按照第1、2、3步的规则从未分配发射天线子阵列集合中选择对应的发射天线子阵列，然后直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。进一步：所述大规模MIMO混合预编码匹配关系具体为用户终端顺序固定且发射天线子阵列排序匹配关系：第1步，设用户终端序号集合为U＝{1,2,…,K}，发射天线子阵列序号集合为A＝{1,2,...,NRF}，对用户终端1，计算其对应的所有发射天线子阵列增益{η1(n)|n∈A}，再从中选择使η1(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端1，将该发射天线子阵列序号记为n1∈A；第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算上一步匹配中的用户终端的下一个用户终端的所有发射天线子阵列增益，然后找到最大的发射天线子阵列增益，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；其中：对用户终端2，计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益{η2(n)|n∈A\{n1}}{，再从中选择使η2(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端2，将该发射天线子阵列序号记为n2∈A；第3步，重复第2步，直至用户终端K分配了发射天线子阵列nK；第4步，若K＜NRF，则还未分配的发射天线子阵列集合为A\{n1,n2,...,nK}，其中A\B表示集合B关于集合A的相对补集；继续对所有用户终端按照第1、2、3步的规则从该集合中选择对应的发射天线子阵列，直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。进一步，所述大规模MIMO混合预编码匹配关系具体为用户终端排序且发射天线子阵列排序关系：第1步，设用户终端序号集合为U＝{1,2,…,K}，阵列序号集合为A＝{1,2,...,NRF}，对所有用户终端，计算其对应的所有发射天线子阵列增益{ηk(n)|k∈U,n∈A}，再从中选择具有最大值的ηk(n)，将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为k1∈U和n1∈A，即给用户终端k1分配了发射天线子阵列n1；第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算除去上一步匹配中的用户终端剩下的所有用户终端的所有发射天线子阵列增益，然后找到最大的发射天线子阵列增益，将所述发射天线子阵列分配给产生最大的发射天线子阵列增益的用户终端；其中：对除用户终端k1之外的其余所有用户终端，计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益{ηk(n)|k∈U\{k1},n∈A\{n1}}，再从中选择具有最大值的ηk(n)，将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为k2∈U和n2∈A，即给用户终端k2分配了发射天线子阵列n2；第3步，重复第2步，直至用户终端kK分配了发射天线子阵列nK；第4步，若K＜NRF，则还未分配的发射天线子阵列集合为A\{n1,n2,...,nK}，继续对所有用户终端按照第1、2、3步的规则从该集合中选择对应的发射天线子阵列，直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。大规模MIMO混合预编码器，采用大规模MIMO混合预编码匹配关系，采用部分连接结构，将对应于K个用户终端的K路独立数据流经大规模MIMO混合预编码器处理后，再通过NTX个发射天线发送至K个用户终端；所述大规模MIMO混合预编码器包括：数字预编码器、射频链路、乘法器、模拟预编码器四个模块,其中，模拟预编码器的主要子模块包括移相器及用户和子阵列匹配器；在大规模MIMO混合预编码器中：数据流1至数据流K通过数字预编码器得到数字预编码矩阵FBB，通过模拟预编码器得到模拟预编码矩阵FRF；在模拟预编码器中，用户和子阵列匹配器实现模拟预编码匹配关系；移相器基于部分连接结构对模拟预编码进行约束；射频链路1至射频链路NRF和乘法器和将数字预编码器和模拟预编码器级联在一起实现整体的混合预编码功能。进一步，基站有NTX个发射天线和NRF个射频链路，每个射频链路对应一个发射天线子阵列，基站通过上下行链路互易性或用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大规模MIMO混合预编码匹配关系，其特征在于，该匹配关系建立在发射天线子阵列和用户终端之间，匹配的为用户终端的信道系数相位信息与对应发射天线子阵列的移相操作，所述信道系数相位信息为发射天线到用户终端天线的空口信道系数的相位值，所述移相操作为模拟预编码；大规模MIMO混合预编码匹配关系为：/n第1步，用户终端和发射天线子阵列分别赋予序号，计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；/n第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；/n第3步，重复第2步，直到用户终端匹配完毕；/n第4步，如果发射天线子阵列未分配完，继续对所有用户终端依次按照第1、2、3步的规则从未分配发射天线子阵列集合中选择对应的发射天线子阵列，然后直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。/n

【技术特征摘要】
1.大规模MIMO混合预编码匹配关系，其特征在于，该匹配关系建立在发射天线子阵列和用户终端之间，匹配的为用户终端的信道系数相位信息与对应发射天线子阵列的移相操作，所述信道系数相位信息为发射天线到用户终端天线的空口信道系数的相位值，所述移相操作为模拟预编码；大规模MIMO混合预编码匹配关系为：
第1步，用户终端和发射天线子阵列分别赋予序号，计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；
第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益；然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；
第3步，重复第2步，直到用户终端匹配完毕；
第4步，如果发射天线子阵列未分配完，继续对所有用户终端依次按照第1、2、3步的规则从未分配发射天线子阵列集合中选择对应的发射天线子阵列，然后直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。


2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO混合预编码匹配关系，其特征在于，
所述大规模MIMO混合预编码匹配关系具体为用户终端顺序固定且发射天线子阵列排序匹配关系：
第1步，设用户终端序号集合为U＝{1,2,…,K}，发射天线子阵列序号集合为A＝{1,2,...,NRF}，对用户终端1，计算其对应的所有发射天线子阵列增益{η1(n)|n∈A}，再从中选择使η1(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端1，将该发射天线子阵列序号记为n1∈A；
第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算上一步匹配中的用户终端的下一个用户终端的所有发射天线子阵列增益，然后找到最大的发射天线子阵列增益，将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端；其中：对用户终端2，计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益{η2(n)|n∈A\{n1}}{，其中A\B表示集合B关于集合A的相对补集，从中选择使η2(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端2，将该发射天线子阵列序号记为n2∈A；
第3步，重复第2步，直至用户终端K分配了发射天线子阵列nK；
第4步，若K＜NRF，则还未分配的发射天线子阵列集合为A\{n1,n2,...,nK}，其中A\B表示集合B关于集合A的相对补集；继续对所有用户终端按照第1、2、3步的规则从该集合中选择对应的发射天线子阵列，直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。


3.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO混合预编码匹配关系，其特征在于，
所述大规模MIMO混合预编码匹配关系具体为用户终端排序且发射天线子阵列排序关系：
第1步，设用户终端序号集合为U＝{1,2,…,K}，阵列序号集合为A＝{1,2,...,NRF}，对所有用户终端，计算其对应的所有发射天线子阵列增益{ηk(n)|k∈U,n∈A}，再从中选择具有最大值的ηk(n)，将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为k1∈U和n1∈A，即给用户终端k1分配了发射天线子阵列n1；
第2步，除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后，再次计算除去上一步匹配中的用户终端剩下的所有用户终端的所有发射天线子阵列增益，然后找到最大的发射天线子阵列增益，将所述发射天线子阵列分配给产生最大的发射天线子阵列增益的用户终端；其中：对除用户终端k1之外的其余所有用户终端，计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益{ηk(n)|k∈U\{k1},n∈A\{n1}}，其中A\B表示集合B关于集合A的相对补集，再从中选择具有最大值的ηk(n)，将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为k2∈U和n2∈A，即给用户终端k2分配了发射天线子阵列n2；
第3步，重复第2步，直至用户终端kK分配了发射天线子阵列nK；
第4步，若K＜NRF，则还未分配的发射天线子阵列集合为A\{n1,n2,...,nK}，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，高俊枫，李玥玥，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：四川;51