一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法，属于通信技术领域。首先利用自干扰信道的零空间性质，设计出在中继端的干扰消除矩阵。随后利用信道的容量下界作为优化问题，通过注水算法求解到全数字的预编码器，并且将干扰消除矩阵整合到中继端的全数字预编码器中。最后使用具有闭式解的迭代分解方法将全数字收发机分解为混合收发机。代分解方法将全数字收发机分解为混合收发机。代分解方法将全数字收发机分解为混合收发机。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法。

技术介绍

[0002]作为下一代移动通信系统的关键技术，毫米波通信系统已经广泛的采纳了模拟和数字收发机混合的结构。与高复杂度的全数字收发机相比，采用混合收发机的形式在大规模的天线阵列下仍然能够提供足够的波束赋形增益并且有更少的硬件限制。在中继系统的参与下，混合收发机设计能够减少传输信号的衰减和增大网络的覆盖范围。此外，与半双工相比，采用全双工的通信方式(信号在中继端能够同时传输和接收)能够达到更高的传输速率[1]。
[0003]在全双工系统设计中，关键是移除从发送端到接收端的自干扰。零空间投影方法是一个有效的消除自干扰的方法，它利用自干扰信道的零空间特性，能够良好的消除由自干扰造成的性能损失。
[0004]然而，现存的全双工混合收发机设计大多数都是基于完美的信道估计误差，这在实际的工程应用中是不可能实现的。少数设计考虑到了不完美信道估计的情况[2,3]，通过假设信道估计误差是不相关的。然而，由于毫米波估计技术(比如压缩感知算法)引入的信道误差通常是相关的，这限制了上述鲁棒设计的实际实现。因此，如何设计一个基于相关信道估计误差的全双工收发机系统，使其拥有良好的传输速率，成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法，该方法包括以下步骤：
[0008]1)构建等效矩阵；
[0009]2)利用信道容量下界构建优化问题；
[0010]3)利用辅助变量S1和S2求解出发送端的全数字处理矩阵F
rf
和中继的全数字G
fd
；
[0011]4)令中继的全数字接收机G
r
等于信道SVD分解后的左酉矩阵，再令预编码器
[0012]5)利用MMSE准则求出全数字接收器W
fd
；
[0013]6)用提出的交替迭代优化方法求解混合预编码器；
[0014]7)用同样的交替迭代法求解出预编码器G
t
、接收机G
r
、接收机W对应的混合解；
[0015]8)对F
bb
和G
r，bb
做归一化令其分别满足发送端和中继的功率约束：
[0016][0017]可选的，所述1)具体为：
[0018][0019]其中，是带误差的自干扰信道矩阵，且这里为发送端到中继的信道的SVD分解的左酉矩阵；对等效矩阵其做奇异值分解：
[0020][0021]这里中的向量构成矩阵的零空间，用其向量构建干扰消除矩阵C
sic
，使其同样满足
[0022]可选的，所述2)具体为：
[0023][0024][0025][0026]引入辅助变量后，将上述优化问题简化为：
[0027][0028][0029]用注水算法求解；
[0030]这里f
k，i
和h
k，i
分别为和的特征值，和分别表示为：
[0031][0032][0033]求解出后，f
k，i
由特征值重新构造和
[0034]可选的，所述6)具体为：
[0035]61)固定用更新
[0036]62)固定用更新
[0037]63)迭代上述61)和62)，直到满足迭代终止条件。
[0038]本专利技术的有益效果在于：运用自干扰信道的零空间进行干扰消除，使对全双工系统的设计简化为半双工系统，然后利用信道容量下界构建优化问题求解对应的全数字收发
机，最后利用具有闭式解的迭代分解方法得到混合的收发机。
[0039]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0041]图1是专利技术提出的全数字设计方案和混合设计方案与文献[5]中的方案在不同SNR下的传输速率对比。
[0042]图2是专利技术提出的混合设计方案与文献[7]中的半双工方案在不同SNR下的传输速率对比。
[0043]图3是专利技术提出的交替迭代方法与文献[6]中的PE-AltMin分解算法在不同SNR下的传输速率对比。
[0044]图4是基于本专利技术的混合收发机设计方案的相关信道误差模型和不相关信道误差模型在不同SNR下的传输速率对比。
具体实施方式
[0045]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0046]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0047]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0048]图1是专利技术提出的全数字设计方案和混合设计方案与文献[5]中的方案在不同SNR下的传输速率对比。其中场景1是传输数据流为4个比特的情况，场景2是传输数据流为2个比特的情况。
[0049]图2是专利技术提出的混合设计方案与文献[7]中的半双工方案在不同SNR下的传输速
率对比。其中场景1是传输数据流为4个比特的情况，场景2是传输数据流为2个比特的情况
[0050]图3是专利技术提出的交替迭代方法与文献[6]中的PE-AltMin分解算法在不同SNR下的传输速率对比。其中INR为自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)构建等效矩阵；2)利用信道容量下界构建优化问题；3)利用辅助变量S1和S2求解出发送端的全数字处理矩阵F
rf
和中继的全数字G
fd
；4)令中继的全数字接收机G
r
等于信道分解后的左酉矩阵，再令预编码器5)利用最小均方误差准则求出全数字接收器W
fd
；6)用提出的交替迭代优化方法求解混合预编码器；7)用同样的交替迭代法求解出预编码器G
t
、接收机G
r
、接收机W对应的混合解；8)对发送端数字预编码矩阵F
bb
和中继接收端数字预编码矩阵G
r，bb
做归一化令其分别满足发送端和中继的功率约束：2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波全双工中继通信的鲁棒混合收发机设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗臻，赵镭，刘宏清，黎勇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：