点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法技术方案

本发明专利技术属于5G通信领域，涉及一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法；所述设计方法包括通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机；对模拟收发机构造出等效的传输信道，通过等效的传输信道估计部分初始化数字发射机；通过更新数字发射机计算得到数字接收机；基于更新后的数字发射机、模拟发射机和模拟接收机构造出自干扰等效信道；将自干扰等效信道进行奇异值分解得到的零空间作为SIC接收机；计算模拟接收机、数字接收机和SIC接收机的乘积以及所述模拟发射机与数字发射机的乘积，设计得到混合收发机。本发明专利技术首先不考虑自干扰，设计出系统混合发射机，设计自干扰消除矩阵加入接收机中，完成混合收发机的设计。

【技术实现步骤摘要】
点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法
本专利技术属于5G通信领域，涉及点对点毫米波鲁棒收发机的设计以及通过零空间对系统的自干扰消除，具体是一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机的设计方法。
技术介绍
为了满足未来移动通信业务需求，通信技术的研究朝着更高的频段迈进。近年来，毫米波因其丰富的频谱资源成为第五代移动通信技术的研究重点。它能够达到数十倍于4G的通信速率。此外，Z.Zhang,K.Long,A.V.VasilakosandL.Hanzo,"Full-DuplexWirelessCommunications:Challenges,Solutions,andFutureResearchDirections,"inProceedingsoftheIEEE,vol.104,no.7,pp.1369-1409,July2016,doi:10.1109/JPROC.2015.2497203.表明，在理想情况下，全双工系统能够达到两倍于半双工系统的频谱效率，进一步提高了毫米波系统的通信速率。在毫米波大规模MIMO系统中，处理器(预编码器/接收机)都采用全数字结构时，需对每一根收发天线配备一条射频链路，这会导致极高的功率消耗以及硬件成本，显然在实际系统中是难以实现的。于是，采用数字处理器与模拟处理器混合的形式，用少量的射频链路去驱动大量收发天线，在牺牲少量性能的情况下，大大降低功耗与硬件成本，成为了毫米波系统处理器设计的主流方向。毫米波收发机的设计建立在发送端已知信道状态信息(channelstateinformation，简称CSI)的基础之上。由于估计误差等因素，导致了人们在实际应用中无法准确的获取CSI。所以基于不完美CSI的收发机设计更具有现实意义。全双工系统的自干扰导致了全双工系统的通信速率远远达不到半双工系统的两倍，因此，全双工系统的自干扰消除是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，以设计出能够有效消除全双工系统的自干扰的混合收发机。本专利技术提供如下技术方案以解决上述技术问题：一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机的设计方法，所述混合收发机的设计方法包括：通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机；对所述模拟收发机构造出等效的传输信道，通过所述等效的传输信道初始化数字发射机；通过更新所述数字发射机，计算得到数字接收机；基于更新后的数字发射机、模拟发射机以及模拟接收机，构造出自干扰等效信道；所述自干扰等效信道进行奇异值分解得到的零空间作为SIC接收机；计算所述模拟接收机、数字接收机以及SIC接收机的乘积以及所述模拟发射机与数字发射机的乘积，设计得到混合收发机。本专利技术的有益效果：首先，本专利技术考虑了通信过程中完美的信道状态信息难以获取的问题，采用不完美信道状态信息进行设计，其次，本专利技术考虑到了全数字收发机的功耗及成本问题，采用混合结构，最后本专利技术在不考虑自干扰的基础上，设计出包括模拟收发机和数字收发机的鲁棒收发机，在所述鲁棒收发机的基础上，通过设计出了一种新的自干扰消除方法，将等效信道为0的奇异值所对应的特征向量，构成一个自干扰消除矩阵，并将其加入没有功率约束的接收机，使其作为接收机的一部分，能够有效地消除全双工系统的自干扰，从而极大的提高了信道的容量，且保证了发送信号的维度，最后将模拟接收机、数字接收机和SIC接收机组成一个新的接收机，即为本专利技术的混合接收机。附图说明图1为本专利技术实施例的混合收发机的设计方法流程图；图2为本专利技术实施例的数字发射机和数字接收机的更新方法流程图；图3为在不同天线配置下，本专利技术的鲁棒混合收发机、鲁棒混合半双工收发机、没有做SIC的鲁棒混合收发机与完美消除SI的全数字收发机在不同SNR下的容量对比图；图4为不同干噪比(INR)下，本专利技术的鲁棒混合收发机、鲁棒混合半双工收发机与完美消除SI的全数字收发机在不同SNR下的容量对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是本专利技术实施例中点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法流程图，如图1所示，所述设计方法包括：S1、通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机；其中，Fi,rf表示节点i的模拟发射机，Wj,rf表示节点j的模拟接收机，phase[·]表示取相位；(·)m×k位于矩阵第m行第k列的元素，表示估计信道的奇异值分解的右酉矩阵的前NRF列，Hij表示由节点i向节点j发送数据时的信道，且i,j∈{a,b},i≠j。S2、对所述模拟收发机构造出等效的传输信道，通过所述等效的传输信道初始化数字发射机；基于上述模拟收发机，本专利技术可以构造出等效的传输信道，表示为：其中，ΣijΔijΨij表示为节点i向节点j发数据时信道的估计误差，Σij表示节点i向节点j发数据时接收端节点j信道估计误差的自相关、Ψij表示节点i向节点j发数据时发送方节点i信道估计误差的自相关，表示信道估计误差的大小，表示估计信道的估计误差的方差，I表示单位阵；表示节点i向节点j发数据时等效信道估计部分；表示等效信道的误差部分，表示节点i向节点j发数据时发送方i等效信道估计误差的自相关；表示节点i向节点j发数据时接收方j等效信道估计误差的自相关。对等效的传输信道进行奇异值分解，将奇异值分解后的右酉矩阵初始化所述数字发射机，表示为：其中，Fi,bb表示节点i的数字发射机；表示等效的传输信道的奇异值分解的右酉矩阵的前Ns列；Ns表示数据流的数目。S3、通过更新所述数字发射机，计算得到数字接收机；在更新所述数字发射机之前，对所述数字接收机进行分析，首先由节点j接收机未解码的信号可以表示为：其中，Fi,bb表示节点i的数字发射机，si表示节点i的发送的信号，nij表示信道Hij中的均值为0，方差为的高斯白噪声，该接收信号对应的MMSE可以解得：其中，表示估计信道的估计误差的方差，表示信道Hij中的噪声的方差，I表示单位阵。已知最小均方误差(MMSE)收发机后，信号的MMSE矩阵可以写为：根据互信息下界与信号均方误差(MSE)矩阵的关系，可以得到以下优化问题：其中，P表示数字发射机的能量约束。当时，上述优化问题与优化互信息等价。基于上述分析，图2给出了数字发射机和数字接收机的更新方法流程图，如图2所示，所述更新所述数字发射机，计算得到数字接收机的流程包括：步骤a)通过计算出数字接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于，所述混合收发机的设计方法包括：/n通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机；/n对所述模拟收发机构造出等效的传输信道，通过所述等效的传输信道初始化数字发射机；/n通过更新所述数字发射机，计算得到数字接收机；/n基于更新后的数字发射机、模拟发射机以及模拟接收机构造出自干扰等效信道；/n对所述自干扰等效信道进行奇异值分解，得到SIC接收机；/n计算所述模拟接收机、数字接收机以及SIC接收机的乘积以及所述模拟发射机与数字发射机的乘积，设计得到混合收发机。/n

【技术特征摘要】
1.一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于，所述混合收发机的设计方法包括：
通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机；
对所述模拟收发机构造出等效的传输信道，通过所述等效的传输信道初始化数字发射机；
通过更新所述数字发射机，计算得到数字接收机；
基于更新后的数字发射机、模拟发射机以及模拟接收机构造出自干扰等效信道；
对所述自干扰等效信道进行奇异值分解，得到SIC接收机；
计算所述模拟接收机、数字接收机以及SIC接收机的乘积以及所述模拟发射机与数字发射机的乘积，设计得到混合收发机。


2.根据权利要求1所述的一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于，所述通过对估计的信道进行奇异值分解，得到模拟收发机包括：






其中，Fi,rf表示节点i的模拟发射机，Wj,rf表示节点j的模拟接收机，(·)m×k位于矩阵第m行第k列的元素，phase[·]表示取相位；表示估计信道的奇异值分解的右酉矩阵的前NRF列，表示估计信道的奇异值分解的左酉矩阵的前NRF列；NRF表示RF链的数目。


3.根据权利要求1所述的一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机的设计方法，其特征在于，所述对所述模拟收发机构造出等效的传输信道包括：



其中，表示由节点i向节点j发数据时等效的传输信道；表示为节点i向节点j发数据时等效信道估计部分；表示节点i向节点j发数据时接收方j等效信道估计误差的自相关；表示节点i向节点j发数据时发送方i等效信道估计误差的自相关；表示信道估计误差的大小，表示估计信道的估计误差的方差，I表示单位阵。


4.根据权利要求1所述的一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于，所述通过所述等效的传输信道初始化数字发射机包括对等效的传输信道估计部分进行奇异值分解，将奇异值分解后的右酉矩阵初始化所述数字发射机，表示为：
其中，Fi,bb表示节点i的数字发射机；表示等效的传输信道估计部分的奇异值分解的右酉矩阵的前Ns列，Ns表示数据流的数目。


5.根据权利要求1所述的一种点对点毫米波全双工系统的鲁棒混合收发机设计方法，其特征在于，所述通过更新所述数字发射机，计算得到数字接收机包括：
步骤a)通过计算出数字接收机Wj,bb；
步骤b)通过计算出接收信号的MMSE矩阵；
步骤c)通过更新数字发射机Fi,bb；
步骤d)如果则λmax＝λm，否则λmin＝λm；
步骤e)重复上述步骤c)、d)，直到λmax-λmin<ε1
步骤f)重复上述步骤a)、b)、c)、d)、e)，直到tr(AijMij...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗臻，张鑫，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：重庆;50