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专利号: 2020108444218
申请人: 成都大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大规模MIMO混合预编码匹配方法,其特征在于,该匹配方法建立在发射天线子阵列和用户终端之间,匹配的为用户终端的信道系数相位信息与对应发射天线子阵列的移相操作,所述信道系数相位信息为发射天线到用户终端天线的空口信道系数的相位值,所述移相操作为模拟预编码;大规模MIMO混合预编码匹配方法为:第1步,用户终端和发射天线子阵列分别赋予序号,计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益;然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端,将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端;

第2步,除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后,再次计算对应的用户终端的所有发射天线子阵列增益;然后找到最大的发射天线子阵列增益和产生最大发射天线子阵列增益的用户终端,将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端;

第3步,重复第2步,直到用户终端匹配完毕;

第4步,如果发射天线子阵列未分配完,继续对所有用户终端依次按照第1、2、3步的规则从未分配发射天线子阵列集合中选择对应的发射天线子阵列,然后直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止;

所述匹配方法采用部分连接结构的混合预编码器实现,所述部分连接结构将对应于K个用户终端的K路独立数据流经大规模MIMO混合预编码器(201)处理后,再通过NTX个发射天线发送至K个用户终端;

在大规模MIMO混合预编码器(201)中:对应于K个用户终端的数据流1至数据流K通过数字预编码器(301)得到数字预编码矩阵FBB,通过模拟预编码器(304)得到模拟预编码矩阵FRF;在模拟预编码器(304)中,用户和子阵列匹配器(306)实现模拟预编码匹配方法;移相器(305)基于部分连接结构对模拟预编码进行约束;射频链路1至射频链路NRF和乘法器(303)和将数字预编码器(301)和模拟预编码器(304)级联在一起实现整体的混合预编码功能;且每一路数据流对应一个用户终端,且满足约束条件K≤NRF≤NTX。

2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO混合预编码匹配方法,其特征在于,所述大规模MIMO混合预编码匹配方法具体为用户终端顺序固定且发射天线子阵列排序匹配方法:

第1步,设用户终端序号集合为U={1,2,…,K},发射天线子阵列序号集合为对用户终端1,计算其对应的所有发射天线子阵列增益 再从中选择使η1(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端1,将该发射天线子阵列序号记为

第2步,除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后,再次计算上一步匹配中的用户终端的下一个用户终端的所有发射天线子阵列增益,然后找到最大的发射天线子阵列增益,将所述发射天线子阵列分配给所述用户终端;其中:对用户终端2,计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益 其中 表示集合关于集合 的相对补集,从中选择使η2(n)具有最大值的发射天线子阵列分配给用户终端2,将该发射天线子阵列序号记为

第3步,重复第2步,直至用户终端K分配了发射天线子阵列nK;

第4步,若K<NRF,则还未分配的发射天线子阵列集合为 其中 表示集合 关于集合 的相对补集;继续对所有用户终端按照第1、2、3步的规则从该集合中选择对应的发射天线子阵列,直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。

3.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO混合预编码匹配方法,其特征在于,所述大规模MIMO混合预编码匹配方法具体为用户终端排序且发射天线子阵列排序关系:

第1步,设用户终端序号集合为U={1,2,…,K},阵列序号集合为 对所有用户终端,计算其对应的所有发射天线子阵列增益 再从中选择具有最大值的ηk(n),将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为 和即给用户终端k1分配了发射天线子阵列n1;

第2步,除去上一步匹配的发射天线子阵列和用户终端后,再次计算除去上一步匹配中的用户终端剩下的所有用户终端的所有发射天线子阵列增益,然后找到最大的发射天线子阵列增益,将所述发射天线子阵列分配给产生最大的发射天线子阵列增益的用户终端;其中:对除用户终端k1之外的其余所有用户终端,计算其对应除发射天线子阵列n1以外的其余所有发射天线子阵列增益 其中 表示集合 关于集合的相对补集,再从中选择具有最大值的ηk(n),将其对应的用户终端序号和发射天线子阵列序号分别记为 和 即给用户终端k2分配了发射天线子阵列n2;

第3步,重复第2步,直至用户终端kK分配了发射天线子阵列nK;

第4步,若K<NRF,则还未分配的发射天线子阵列集合为 其中 表示集合 关于集合 的相对补集,继续对所有用户终端按照第1、2、3步的规则从该集合中选择对应的发射天线子阵列,直至将所有发射天线子阵列分配给相应用户终端为止。

4.一种大规模MIMO混合预编码器,其特征在于,采用权利要求1‑3中任一所述的大规模MIMO混合预编码匹配方法,采用部分连接结构,将对应于K个用户终端的K路独立数据流经大规模MIMO混合预编码器(201)处理后,再通过NTX个发射天线发送至K个用户终端;

所述大规模MIMO混合预编码器(201)包括:数字预编码器(301)、射频链路(302)、乘法器(303)、模拟预编码器(304)四个模块,其中,模拟预编码器(304)的主要子模块包括移相器(305)及用户和子阵列匹配器(306);

在大规模MIMO混合预编码器(201)中:对应于K个用户终端的数据流1至数据流K通过数字预编码器(301)得到数字预编码矩阵FBB,通过模拟预编码器(304)得到模拟预编码矩阵FRF;在模拟预编码器(304)中,用户和子阵列匹配器(306)实现模拟预编码匹配方法;移相器(305)基于部分连接结构对模拟预编码进行约束;射频链路1至射频链路NRF和乘法器(303)和将数字预编码器(301)和模拟预编码器(304)级联在一起实现整体的混合预编码功能。

5.根据权利要求4所述的一种大规模MIMO混合预编码器,其特征在于,基站有NTX个发射天线和NRF个射频链路,每个射频链路对应一个发射天线子阵列,基站通过上下行链路互易性或用户端反馈获取该基站到K个用户终端的下行空口信道矩阵H,H的阶数为K×NTX,并将对应于K个用户终端的K路独立数据流输入大规模MIMO混合预编码器(201),其中每一路数据流对应一个用户终端,且满足约束条件K≤NRF≤NTX。

6.根据权利要求5所述的一种大规模MIMO混合预编码器,其特征在于,模拟预编码器(304)提取与每个用户终端对应的下行空口信道系数的相位信息生成该用户终端的模拟预编码向量fRF,n,再把所有用户的模拟预编码向量构建整体的模拟预编码矩阵FRF:

根据大规模MIMO混合预编码器的部分连接结构将用户终端对应的下行空口信道矩阵H划分为NRF个阶数为K×M的子矩阵Hn,其中M=NTX/NRF,n=1,2,...,NRF,在移相器(305)实现模拟预编码的约束条件下,需根据用户和子阵列匹配器(306)实现模拟预编码匹配方法从Hn中选择一个行向量hn,k,并提取hn,k各元素的相位信息以构造子阵列n对应的模拟预编码向量fRF,n,得到模拟预编码矩阵FRF;

并且,在模拟预编码向量fRF,n的作用下,用户k获得如下所示子阵列增益ηk(n)

7.根据权利要求6所述的一种大规模MIMO混合预编码器,其特征在于,数字预编码器(301)根据下行空口信道矩阵H和已求出的模拟预编码矩阵FRF计算出等效信道矩阵G,并对等效信道矩阵G计算伪逆和范数归一化得到数字预编码矩阵FBB:设等效信道矩阵G=HFRF,其阶数为K×NRF;求G的伪逆矩阵W通过下式H H ‑1

W=G(GG)

矩阵W的阶数为NRF×K;记W的第k列为wk,k=1,2,...,K,其Frobenius范数为||wk||;以||wk||为对角元构造一对角矩阵Λ=diag{||w1||,||w2||,...,||wK||},则数字预编码矩阵FBB通过下式计算:

‑1

FBB=WΛ 。

8.根据权利要求7所述的一种大规模MIMO混合预编码器,其特征在于,大规模MIMO混合预编码器(201)根据求解出的FRF和FBB对输入其中的K路数据流进行混合预编码,并输出一个由NTX个天线发送的NTX维信号向量x,x再通过无线通道送入K个用户终端:

T

将输入大规模MIMO混合预编码器的多路数据流用向量表示为s=[s1,s2,...,sK] ;在求解出FRF和FBB之后,大规模MIMO混合预编码器的输出信号x表示为:x=FRFFBBs=Fs。