【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种针对毫米波视距多入多出通信系统(los mimo)混合预编码，属于无线通信。
技术介绍
1、由于全球频谱资源的短缺，人们开始对高频段进行研究和开发。其中，毫米波频段有很大的频谱资源尚未充分利用，需要研究可提供千兆位带宽，具有高复用能力和极高传输能力的毫米波视距多输入多输出系统(los mimo)。传统的毫米波mimo信道具有强稀疏性的特点，只考虑一条los路径和少量的nlos路径，损耗相当大。而在los mimo系统中，由于每个点的波曲率不同，发射器和接收器之间的波束不再是平行的。因此，以前在传统mimo中被认为是单路径的los mimo信道现在也可以实现空间复用和分集。这是los mimo混合预编码系统区别于传统混合预编码系统的一个重要特征。
2、为了获得接近最优预编码矩阵且复杂度低的混合预编码矩阵，传统的混合预编码算法通常利用毫米波信道的强稀疏性。同时，混合预编码技术可以有效地节省射频链路，降低硬件成本。然而对于毫米波los mimo信道，强稀疏假设不再适用。los mimo系统作为一个新型的研究方向，针对该系统的混合预编码的研究尚不充分。此外其非对称系统建模与实际通信场景仍有差距，并且传统的混合预编码技术并不能充分地适应其多变的信道环境。因此，一种新的混合预编码算法是解决los mimo混合预编码设计挑战的必要条件。
技术实现思路
1、考虑到现有的交替迭代混合预编码编码算法迭代收敛速度慢且计算复杂度较高，无法适应近场los mimo通信系统复杂多
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，包括如下步骤：
4、步骤1：针对los mimo系统，建立los mimo系统互信息的优化问题；根据数字预编码的列正交性质，通过酉矩阵代替数字预编码矩阵，并通过不等式缩放得到目标函数的上界，将目标函数中的数字预编码和模拟预编码乘积进行拆分，并建立起数字预编码矩阵和混合预编码矩阵的对应关系；
5、步骤1.1：针对los mimo系统，建立los mimo系统互信息的优化问题。
6、los mimo通信系统的互信息由公式(1)给出：
7、
8、其中，f是混合预编码矩阵，ρ是归一化系数，w是混合预解码矩阵，
9、
10、通过分析优化约束，预编解码分为预编码优化和预解码优化两个相似的问题。只针对发射端的预编码方法，只需要考虑混合预编码矩阵。当预解码矩阵是最优的预解码方法，互信息的优化问题变为：
11、
12、其中，fbb是数字预编码矩阵，frf是模拟预编码矩阵。
13、根据编码约束和发射功率限制，对互信息的优化问题加入如式(4)(5)所示的两个约束条件：
14、
15、
16、
17、其中，fopt表示最优化的混合域编码矩阵，表示los mimo系统的单位模量约束的射频预编码器集，ns是数据流的数量，表示矩阵的f范数。
18、步骤1.2：根据数字预编码的列正交性质，通过有矩阵代替数字预编码矩阵，并通过不等式缩放上界，将目标函数中的数字预编码和模拟预编码乘积进行拆分，将混合预编码矩阵拆分成数字预编码和模拟预编码两部分。
19、约束数字预编码矩阵列正交，并通过引入新的酉矩阵来拆分模拟预编码和数字预编码的乘积。通过保证fopt的列正交，消除多路复用流之间的干扰。同样的，fbb的列也正交，则具有正交约束的数字预编码器fbb被替换为：
20、fbb＝ζfu (6)
21、其中，fu是一个酉矩阵，ζ是一个常数。
22、将带入(3)，得到：
23、
24、其中，tr(·)表示矩阵的迹。
25、将公式(7)等效为ζ的二次函数g(ζ)，则存在最小值：
26、
27、当时函数取最小值，即：
28、
29、其中，re(·)表示数据的实数部分。
30、根据svd分解，进一步将分母放大，即：
31、
32、其中则有：
33、
34、将(11)的边界进一步扩大以求将fbb和frf的乘积进行拆分，将边界加上一个常数并乘以即：
35、
36、其中，
37、公式(12)即是拆分之后的上界，进而建立起数字预编码矩阵和混合预编码矩阵的对应关系。
38、步骤2：在步骤1构建的los mimo系统互信息的优化问题中，将建立的欧几里得空间下的非凸问题转化为黎曼空间的凸优化问题。
39、通过复圆流形以保证xrf满足约束(4)，其中v＝ntmr，nt为发射天线数量，mr为接收天线数量。优化问题中的非凸约束(4)被映射到一个具备乘积几何的黎曼子流形相应地，要求解欧几里得空间下的约束问题转变为上的无约束问题，
40、基于向量化的性质，优化目标函数(3)变为：
41、
42、步骤3：通过svd分解信道矩阵得到初始化的酉矩阵fu，并根据初始化相位计算模拟预编码矩阵。
43、已知信道矩阵为h，则其svd分解为：
44、h＝uσvh (14)
45、其中，对角矩阵σ的主对角线是由h的特征值由大到小的排列组成的。根据svd分解以及已知的信道信息，得到初始的编码矩阵：
46、fu＝vmuh (15)
47、其中vm为由矩阵v前m列组成的矩阵，m为信道可用通道数。
48、步骤4：构建模拟预编码优化流程。初始化参量。给定用于模拟预编码的初始步长和初始化。将射频预编码矩阵frf向量化，作为黎曼空间里面的收敛点。根据计算下一个收敛点。根据armijo条件计算遍历步长，并计算欧几里得空间中的梯度。根据计算第k+1次迭代的polak-ribiere参数μk+1。根据所计算出的polak-ribiere参数μk+1，计算第k+1次迭代的迭代收敛方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤3实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤4实现方法为，
6.如权利要求5所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤5中模拟预编码矩阵FRF如式(27)所示：
7.如权利要求6所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤6实现方法为，
8.如权利要求7所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤7实现方法为，
【技术特征摘要】
1.一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤1实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤2实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种基于交替相位近似的混合预编码方法，其特征在于：步骤3实现方法为，
5.如权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：远航，宋睿昊，高晓铮，杨凯，杨杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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