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专利号: 2019106073738
申请人: 东北大学秦皇岛分校
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1.给出开关与移相器级联的模拟网络结构,并建立基于该结构的毫米波大规模MIMO系统混合预编码数学模型;

步骤2.通过信道矩阵奇异值分解求解全数字最优预编码矩阵,然后随机生成模拟移相预编码矩阵;

步骤3.利用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵;

步骤4.在步骤3基础之上,利用相位旋转优化模拟移相预编码矩阵;

步骤5.利用步骤3~4给出的模拟移相预编码矩阵、模拟开关预编码矩阵与数字预编码矩阵,完成混合预编码。

2.根据权利要求1所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法,其特征在于,步骤1中包括,利用最小化混合预编码矩阵残差准则表示所述的混合预编码数学模型:其中, 表示全数字最优预编码矩阵;

分别为模拟移相预编码矩阵,模拟开关预编码矩阵和数字预编码矩阵;[FS]mn∈{0,1}表示FS满足0-1约束,[·]mn表示矩阵的第m行、第n列元素; 为恒模对角矩阵,满足|fPS,i|=1; 表示发射功率约束;Ns为数据流数,NRF表示射频链个数,Nt、Nr分别表示发射和接收天线数;|·|表示复数的模,||·||F表示矩阵的F-范数。

3.根据权利要求2所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法,其特征在于,所述步骤2包括,对信道矩阵进行奇异值分解,取右奇异矩阵的前Ns列作为全数字最优预编码矩阵 然后随机生成恒模对角模拟移相预编码矩阵

4.根据权利要求3所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法,其特征在于,根据步骤3中,采用块坐标下降方法联合优化模拟开关预编码矩阵FS和数字预编码矩阵FBB,其求解步骤包括:(1)固定模拟移相预编码矩阵FPS,随机构造两个维度相同的矩阵FBB和FDD,满足FBB=αFDD,其中,α表示一个比例因子;

(2)将所述混合预编码优化问题的目标函数取上界:其中,等效最优预编码矩阵

(3)将所述步骤(2)中目标函数的上界去掉 并加上 关于{FS,α}的优化问题可表示为:

s.t.[FS]mn∈{0,1}

其中, 表示取矩阵各元素的实部得到的新矩阵;

(4)令 s=vec{FS};对x中的元素做升序排列,使得x满足不等式x1≤x2≤…≤xK,其中,vec{·}为向量化算子,xi表示x中的第i个元素,K=NtNRF;

进一步的,所述步骤(3)中的目标函数转化为关于α的二次函数:在所述二次函数的对称轴或者端点处取得α的最优解;

进一步的,FBB的优化结果通过如下公式计算:其中,U1、V1分别表示 奇异值分解的左奇异矩阵和右奇异矩阵;

进一步的,所述步骤(3)中,FS的优化结果通过如下公式计算:其中,I(·)表示指示函数,它的含义是:当输入为True时,输出为1,输入为False时,输出为0;1m×n表示矩阵元素全为1的m×n维矩阵。

5.根据权利要求4所述的基于模拟移相—开关级联网络的混合预编码方法,其特征在于,根据步骤4,固定模拟开关预编码矩阵FS和数字预编码矩阵FBB,关于模拟移相预编码矩阵FPS的优化问题表示为:s.t.|fPS,i|=1

其中,模拟移相预编码矩阵FPS是一个恒模对角矩阵,求解FPS的问题分解为如下所示的子问题:其中, 表示全数字最优预编码矩阵的第i行, 表示模拟开关预编码矩阵的第i行;

采用相位旋转优化方法,得到FPS对角线元素fPS,i的最优解为:其中,∠{·}表示取复数 的相位角。