一种基于毫米波大规模MIMO天线系统的重叠子连接混合预编码装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于低解析度移相器的重叠子连接混合预编码装置，包括：模型建立模块、目标函数建立模块和混合预编码模块，通过将最佳化问题分成一些子问题并寻找局部最佳解，接着依据每个局部最佳解再联合得出所要求问题的最佳解，有效降低了计算的复杂度，而且重叠子连接架构作为性能和成本的折中，既能保证较高的频谱效率，又能保证较高的能量效率，相比较于完全连接架构，本发明专利技术可以提高天线配置的自由度，在传输性能以及能量效率之间达到更好的平衡。更好的平衡。更好的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于毫米波大规模MIMO天线系统的重叠子连接混合预编码装置


[0001]本专利技术涉及多输入多输出天线
，特别是涉及一种基于毫米波大规模MIMO天线系统的重叠子连接混合预编码装置。

技术介绍

[0002]在大规模MIMO天线系统架构下，传统的全数字预编码器对信号进行空域预处理，能减少数据流或用户之间的干扰，从在相同接收检测性能的前提下，能够降低接收机处理的复杂度。但是，在毫米波大规模MIMO系统中，由于基站天线数量成百上千，而且占用的带宽更大，所以无论从设备复杂度、成本，还是功耗和散热角度考虑，全数字的预编码技术都不再适用。针对这一问题，相对比较好的解决方案就是模拟和数字相结合的混合预编码方案，混合预编码器包含了一个低维的数字预编码器和一个高维的模拟预编码器，它们之间通过少量的RF链路连接，减小了系统的实现成本和能量消耗，同时又能够实现较好的系统性能。现有的混合预编码方案分为两种：部分连接混合预编码架构、全连接混合预编码架构。
[0003]混合预编码方案要解决的问题就是如何设计数字预编码和模拟预编码，使得系统的性能更接近全数字本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波大规模MIMO天线系统的重叠子连接混合预编码装置，其特征在于包括：模型建立模块，用于建立毫米波大规模MIMO天线系统模型，采用扩展的Saleh
‑
Valenzuela信道模型构造信道矩阵，在毫米波大规模MIMO天线系统中，基站配置N
t
根发射天线与N
tRF
根射频链路，传输K个数据流，并同时服务接收端共K个用户设备UE，每个UE都同样配置N
r
根接收天线与一根射频链路，且只接收一个数据流，N
rRF
表示所有用户的射频链路总数量，系统必须满足基站的发射信号x表示为：其中，发送符号向量s为一组随机数，其元素之间相互独立，并满足零平均值、单位能量，且而P为总发射功率，F
RF
为模拟射频预编码矩阵，其形式为F
BB
为数字预编码矩阵，其形式为F
RF
与F
BB
应满足功率控制，即信号从发射天线发送后经由信道传输至接收端，y
k
为第k个用户的接收信号，表示为：其中，表示发射信号x从基站到第k个用户的信道矩阵，n
k
～CN(0,σ2I
Nr
)表示均值为0，方差为σ2的信道噪声向量，其元素间互为独立以及具有相同的分布特性，且与发送符号向量s相互独立；毫米波大规模MIMO系统信道采用几何的Saleh
‑
Valenzuela模型，基站与第k个用户之间的信道矩阵表示为L
k
条传输路径的贡献之和，如下所示：其中，L
k
为基站与第k个用户之间的总传输路径数量，为基站对应第k个用户的第l条路径下的复数增益，和分别为到达方位角、到达提高角以及离开方位角、离开提高角，和分别为接收端和发射端阵列响应向量，为向量a
t
的共轭转置；基站和UE的天线排列方式均为均匀分布方形平面阵列，和表示为：
其中，λ表示信号的波长，d表示相邻天线元素之间的距离，发射和接收两端的天线阵列大小分别为和目标函数建立模块，用于根据经基站预编码处理后的系统的可达总和传输率建立目标函数；第k个用户接收信号y
k
再经过模拟射频解码矩阵理之后，接收端信号表示为：其中，表示对应至第k个用户s
k
的基频预编码向量，且发射端和接收端都有完美信道状态信息；公式(6)中由三项信号所组成，分别是第k个用户的期望信号、来自其他用户的干扰信号以及噪声信号，而系统的可达总和传输率(achiveable sum
‑
rate，ASR)表示为：其中，γ
k
为第k个用户的信干噪比(SINR)，其表示为：预编码设计最佳化问题等效成如下问题：预编码设计最佳化问题等效成如下问题：预编码设计最佳化问题等效成如下问题：预编码设计最佳化问题等效成如下问题：其中，模拟射频预编码器与解码器中都使用移相器来执行，f
RF，k
(i)表示模拟射频预编码矩阵F
RF
对应第k个用户的第k行行向量的第i个元素，其正规化以满足为可行集合，量化相位为为可行集合，量化相位为为固定的初始权重大小，相位B为移相器的解析度；w
RF，k
(j)表示模拟射频解码
矩阵W
RF
对第k个用户的第j个元素，其正规化满足为可行集合，相位量化相位为量化相位为为固定的初始权重大小；混合预编码模块，用于基于重叠子连接架构进行混合预编码方案的设置，在重叠子连接架构下，模拟射频预编码矩阵F
RF
架构为如下所示：其中，的下标k表示为系统发射端的第k个射频链路，而上标y表示为其所连接的第y根天线，每根射频链路所配置的天线数量为M
t
；当M
t
越接近N
t
，其矩阵内的非零元素会越少，所有射频链路的总未连接天线数越少；当M
t
越接近0，其矩阵内的非零元素越多，所有射频链路的总未连接天线数越多；由于公式(9)是一个非确定性多项式NP问题，计算复杂度较高，所以分成一些子问题并寻找局部最佳解，接着依据每个局部最佳解再联合得出所要求问题的最佳解；以加强信道增益和减少用户端之间的干扰为目标，首先对用户依序设计其每对的模拟波束成型向量，由于在重叠子连接架构下，发射端的每个射频链路不再固定配置连接N
t
根天线，而是变量M
t
，因此公式(9)的问题转换为对第一个用户的局部最佳解问题，如下所示：，因此公式(9)的问题转换为对第一个用户的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴甜甜，楚彩虹，杨靖雅，张少辉，王净丰，魏君，王英杰，
申请(专利权)人：郑州铁路职业技术学院，
类型：发明
国别省市：