【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法
[0001]本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法。
技术介绍
[0002]大规模多入多出(Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output，MIMO)技术可以提供巨大的分集增益以提升通信系统的频谱效率，是第五代移动通信系统(5G)的关键技术之一。传统的全数字预编码方法需要为每根天线配备一条专用的射频链路，随着天线数量的成倍增加，全数字预编码方法的成本是难以接受的。
[0003]部分连接结构，即一条射频链路仅连接部分天线的结构。
[0004]混合预编码将整个预编码矩阵分为低维的数字预编码矩阵以及高维的模拟预编码矩阵，其中模拟预编码矩阵用于获取高阵列增益、数字预编码矩阵用于保证系统性能。混合预编码矩阵的设计需要求解收发两端的联合优化问题，且需要考虑部分非凸的约束条件，导致了该问题无法被直接求解。除此之外，由于天线数目较大，求解优化问题时计算复杂...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取下行多用户MIMO系统的信道矩阵H
k
,k＝1,
···
,K；S2：根据获取的信道矩阵H
k
，对下行多用户MIMO系统中的每个用户都构建关于模拟域的频谱效率最大化的优化问题，求解后得到K组模拟预编码矢量及模拟组合矢量w
k
,k＝1,
···
,K；S3：令下行多用户MIMO系统中的子阵列被分配给某用户后，该子阵列需优先保证该用户的频谱效率，且每个用户可以被分配到相同数量的子阵列，然后根据总频谱效率最大的原则构造优化问题，求解后得到子阵列分配矩阵M；S4：根据S2、S3的结果，得到最终的模拟预编码矩阵F与模拟组合矩阵W；S5：采用块对角化方法消除多用户干扰，并利用注水功率分配法分配功率以获得最大的频谱效率，最终得到数字预编码矩阵B；S6：根据S4、S5的结果，得到最终的混合预编码矩阵T＝F
×
B，混合组合矩阵R＝W；S7：下行多用户MIMO系统的输入信号在发射端使用混合预编码矩阵T处理后，发送至接收端中使用混合组合矩阵R处理，实现输入信号的预编码。2.根据权利要求1所述的低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，所述下行多用户MIMO系统，具体为：在基站配备N
t
根发射天线及L
t
条射频链路，发送端的N
t
根发射天线被分为L
t
个子阵列，子阵列均为均匀线阵且其天线数为M
t
＝N
t
/L
t
；该基站服务K个用户，每个用户配备N
r
根接收天线及1条射频链路；基站与每个用户之间进行单数据流传输，信道矩阵表示为H
k
,k＝1,
···
,K；模拟预编码矩阵、数字预编码矩阵及模拟组合矩阵分别用B＝[b1,
…
,b
K
]、W＝diag{w1,
…
,w
K
}表示，其中f1、b1、w1分别表示模拟预编码矩阵第1列的非零元素，即第1个子阵列对应的模拟预编码矢量、数字预编码矩阵的第1列，即第1个用户对应的数字预编码矢量、模拟组合矩阵的第1列的非零元素，即第1个用户对应的模拟组合矢量，以此类推；噪声方差为σ2，基站端最大发射功率为P
t
。3.根据权利要求2所述的低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，步骤S2中构建关于模拟域的频谱效率最大化的优化问题，具体为：根据所输入的信道矩阵，总频谱效率表示为：式中辅助变量式中辅助变量表示N
r
阶的单位矩阵；令数字域采用块对角化方法消除多用户干扰即：令噪声方差为1，且根据恒模约束有最终φ
k
＝N
r
；解耦数字域与模拟域的设计，则对于用户k而言，需要求解的优化问题可以等价地表示
为：为：为：式中，F(i,j)表示模拟预编码矩阵F的第i行第j列的元素，w
k
(i)表示矢量w
k
的第i个元素。4.根据权利要求3所述的低复杂度的基于部分连接结构的大规模MIMO预编码方法，其特征在于，步骤S2中求解后得到K组模拟预编码矢量特征在于，步骤S2中求解后得到K组模拟预编码矢量及模拟组合矢量w
k
,k＝1,
···
,K，具体为：令：令：故优化问题可以被转化为以下两个问题：故优化问题可以被转化为以下...
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