1.一种毫米波大规模MIMO系统中的混合预编码设计方法，其特征在于，所述毫米波大规模MIMO系统中，包含Ns个数据流的发射信号s在发射端通过数字预编码模块进行数字预编码处理后，传输至由 条射频链、移相器和射频相加器构成的模拟预编码模块，由模拟预编码模块进行模拟预编码处理后，将数据流映射到Nt根发射天线上，并发送至加噪的波瓣分解信道进行数据传输，接收端通过Nr根接收天线接收数据，并依次经过模拟合并模块及数字合并模块进行处理，得到接收信号y，实现包含多个数据流的多路径数据传输；所述方法包括如下步骤：

步骤一：为最大化系统的频谱效率，优化数字预编码模块、模拟预编码模块及模拟合并模块、数字合并模块的设计，将包含模拟预编码矩阵、数字预编码矩阵、模拟合并器矩阵及数字合并器矩阵的混合预编码设计过程中含有非凸约束的优化问题转化为求解欧式距离最小的问题；

步骤二：由于波瓣之间的独立性，波瓣信道被分解为L个独立的波瓣子信道，将步骤一中求解欧式距离最小的问题简化为针对每个波瓣子信道的混合预编码设计，并针对每个波瓣子信道分别设计模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵；

步骤三：求解每个波瓣子信道对应的模拟预编码矩阵 与数字预编码矩阵 选择每个波瓣子信道的天线阵列响应Atl作为预编码参考矩阵Fres，根据模拟预编码模块中移相器的硬件限制，构建模拟预编码码本；并在每个模拟预编码码本 中搜索最佳码字所在位置，得到模拟预编码矩阵 的自有支撑集Ψl；

步骤四：为求解步骤三中每个波瓣子信道对应的模拟预编码矩阵 的自有支撑集Ψl，引入联合稀疏方法，利用模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵之间的相关性，并根据数字预编码矩阵的隐含稀疏结构，计算预编码参考矩阵Fres在模拟预编码码本 上的投影，记录使Fres具有强投影的码字所在位置，从而得到不同数据流的模拟预编码矩阵之间的共有支撑集 每个数据流对应的模拟预编码矩阵 的自有支撑集Ψlp，由 和Ψlp构成Ψl；

步骤五：根据每个波瓣子信道对应的模拟预编码矩阵 的自有支撑集Ψl优化模拟预编码矩阵的列向量分布，得到模拟预编码矩阵 同理得到模拟合并器矩阵相应的，Ψl体现了模拟预编码矩阵与数字预编码矩阵之间的关联性，故通过对等效子信道进行奇异值分解，得到 可获得数字预编码矩阵使数字预编码矩阵行向量与模拟预编码矩阵列向量之间一一对应，实现混合预编码的联合优化；

步骤六：重复所述步骤一至所述步骤五，设计每个波瓣子信道对应的模拟预编码矩阵的自有支撑集，得到模拟预编码矩阵FRF的自有支撑集Ψ＝{Ψ1，Ψ2，...，ΨL}；则模拟预编码矩阵 同理可得模拟合并器矩阵 相应的 ，数字 预编 码矩阵 为 数 字合 并器 矩阵 为

2.根据权利要求1所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述方法的步骤一中，在波瓣分解信道模型下，接收信号y为：将高斯信号作为发射信号s，则系统的频谱效率为：式中， 为噪声协方差矩阵； 为发射信号向量，且满足FRF表示 维模拟预编码矩阵，FBB表示 维数字预编码矩阵，WRF表示维的模拟合并器矩阵，WBB表示 维的数字合并器矩阵，F＝FRFFBB为混合预编码矩阵，总发送功率满足 W＝WRFWBB表示合并器矩阵； 为信道噪声矢2

量，σ是噪声功率， 为信道矩阵，ρ表示平均接收功率；以最大化系统的频谱效率为目标，混合预编码设计的公式如下：式中，Ω是具有恒模约束的模拟预编码码本，且满足

3.根据权利要求2所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述方法的步骤一中，为简化设计，将公式(3)转化为如公式(4)所示的求解欧式距离最小的问题，并在模拟预编码码本Ω中搜索最优码字构成模拟预编码矩阵：opt H

式中，F 是最优预编码参考矩阵，可通过信道矩阵H的奇异值分解H＝U∑V得到，即Fopt＝V(：，1：NS)。

4.根据权利要求1所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述步骤二中还包括：针对L个波瓣子信道分别设计模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵：式中， 为第l个波瓣子信道对应的最优预编码参考矩阵， 和 分别为第l个子信道对应的模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵，Ωl表示第l个模拟预编码子码本，且假定功率平均分配，Gl为第l波瓣内所有传输路径的功率之和。

5.根据权利要求4所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述步骤三中还包括：为避免高复杂度的矩阵运算，选择天线阵列响应At作为预编码参考矩阵；信道矩阵H可简写为：

为发射端天线阵列响应， 为

接收端天线阵列响应；各个数据传输路径的复用增益为：针对每个波瓣子信道，天线阵列响应对应于L个子天线阵列响应，发送端为At＝[At1，At2，...，AtL]，接收端为Ar＝[Ar1，Ar2，...，ArL]，Arl与Atl表示第l个天线阵列响应，其中，l＝

1，2...L。

6.根据权利要求5所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述方法的步骤三中，根据模拟预编码模块中移相器的硬件限制，构建模拟预编码码本；假设模拟预编码码b

本大小为Nθ＝2，b表示移相器的相位分辨率为b‑比特，则模拟预编码码本为：式中，

表示模拟预编码码本中第i个码字的量化方位角；对应于L个波瓣子信道，模拟预编码码本可分为L个子码本

7.根据权利要求6所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述方法的步骤三中，设构成模拟预编码矩阵的码字所在位置为模拟预编码矩阵的自有支撑集Ψ，由于每个波瓣子信道的模拟预编码矩阵 数字预编码矩阵 的设计彼此独立，对于每个波瓣对应的模拟预编码矩阵，都有相对应的自有支撑集Ψl，其中，l＝1，2...L；不同模拟预编码矩阵 的自有支撑集之间不存在相同的支撑集，且满足Ψ＝{Ψ1，Ψ2，...，ΨL}；由于不同波瓣之间路径相互独立，在设计模拟预编码矩阵时，将对全部码本的搜索转化为对多个子码本的搜索，则目标求解问题为：

式中， 为第l个模拟预编码码本，其中，l＝1，2...L；所述预编码参考矩阵为天线阵列响应，Atl代表第l个波瓣子信道对应的发射天线阵列响应。

8.根据权利要求7所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述步骤四中还包括：不同数据流的模拟预编码矩阵的自有支撑集Ψlp之间存在共有支撑集 且满足第l个波瓣模拟预编码矩阵的自有支撑集为 其中 表示 与Ψlp的差集；

由于数字预编码矩阵具有隐含稀疏结构，因此预编码参考矩阵列向量在不同码字上投影大小不同，对于第l个波瓣第p个数据流的模拟预编码矩阵 设计，考虑预编码参考矩阵列向量存在多个强投影情况；为简化设计，认为每个 设计具有相同的投影数量，设为整数；若不同数据流模拟预编码矩阵之间存在共有支撑集 搜索个码字，其中 表示向下取整，使得至少两个预编码参考矩阵的列向量在所选码字上具有强投影，设定这些码字的所在位置作为模拟预编码矩阵 的共有支撑集为进一步设计第p个数据流模拟预编码矩阵 搜索 个码字所在位置，与共有支撑集 构成 的自有支撑集Ψlp；因此，式(10)转化为：其中 表示自有支撑集Ψlp的基数，即集合内元素个数；

为解决上述问题，采用基于联合稀疏的混合预编码优化算法；由于每个波瓣混合预编码设计相互独立且方法相同，仅介绍第l个波瓣混合预编码矩阵设计：首先设计共有支撑集预编码参考矩阵Fres为第l个波瓣对应的天线阵列响应Atl，计算参考矩阵与码本的相关矩阵：

搜索 个码字，使得预编码参考矩阵Fres列向量在所选码字上具有强投影，若所选码字可作为共有支撑，需满足条件：使预编码参考矩阵Fres除第j0个列向量外，仍存在其他列向量在第i0个码字上具有强投影，则第i0个码字为共有支撑，记录码字位置i0，更新共有支撑集 第p个数据流模拟预编码矩阵的自有支撑集Ψlp；为设计 选择单个天线阵列响应列向量Atl(：，p)作为参考矩阵Fres，与共有支撑集类似，计算相关矩阵Rc，搜索 个码字构成模拟预编码矩阵，并更新Ψlp与第l个波瓣模拟预编码矩阵的自有支撑集Ψl。

9.根据权利要求1所述的混合预编码设计方法，其特征在于，所述步骤四中模拟预编码码本采用均匀量化和非均匀量化两种方式构建。

10.根据权利要求1‑9的任一项所述的混合预编码设计方法，其特征在于，根据所述方法得到的模拟预编码矩阵FRF、数字预编码矩阵FBB、模拟合并器矩阵WRF、数字合并器矩阵WBB，来提高所述毫米波大规模MIMO系统的频谱效率及误码率性能。