毫米波大规模MIMO系统基于等效信道的全连接混合预编码设计

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021017

电信科学 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (1): 85-93.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2021017

毫米波大规模MIMO系统基于等效信道的全连接混合预编码设计

曹海燕, 马智尧, 智应娟, 刘仁清, 许方敏, 方昕

杭州电子科技大学，浙江杭州 310018

修回日期:2020-11-19 出版日期:2021-01-20 发布日期:2021-01-01
作者简介:曹海燕（1975- ），女，博士，杭州电子科技大学副教授，主要研究方向为无线通信系统的信道编码、信号检测、LTE 物理层标准等。
马智尧（1994- ），男，杭州电子科技大学硕士生，主要研究方向为无线通信系统、大规模MIMO系统中的混合编码技术、导频分配。
智应娟（1996- ），女，杭州电子科技大学硕士生，主要研究方向为无线通信系统、大规模MIMO系统中的能效优化技术。
刘仁清（1997- ），女，杭州电子科技大学硕士生，主要研究方向为无线通信系统、毫米波大规模MIMO系统中的预编码技术。
许方敏（1980- ），女，杭州电子科技大学讲师，主要研究方向为先进移动通信系统及其关键技术，包括干扰抑制策略、无线资源管理策略。
方昕（1975- ），女，杭州电子科技大学副教授，主要研究方向为4G、5G移动通信物理层算法。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61501158)

Design of full-connected hybrid precoding based on an equivalent channel in millimeter-wave massive MIMO system

Haiyan CAO, Zhiyao MA, Yingjuan ZHI, Renqing LIU, Fangmin XU, Xin FANG

Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China

Revised:2020-11-19 Online:2021-01-20 Published:2021-01-01
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(61501158)

摘要/Abstract

摘要：

为了提升毫米波大规模MIMO系统中基于全连接结构的混合预编码性能，提出一种基于等效信道两步设计法的混合预编码方案。首先结合发送端模拟预编码矩阵、接收端模拟组合矩阵和信道矩阵构造等效信道，以最大化等效信道增益为目标设计出收发端的模拟部分，之后对数字预编码矩阵与数字组合矩阵逐列应用最小二乘准则进行求解，设计出收发端数字部分。仿真结果表明，所提算法能够逼近最优全数字预编码方案且具有较低的复杂度，并具有较强的容错性。

关键词: 大规模MIMO, 等效信道增益, 最小二乘, 容错性

Abstract:

In order to improve the performance of hybrid precoding scheme based on fully connected structure in millimeter-wave massive MIMO system, a hybrid precoding scheme based on an equivalent channel with two-step design method was proposed.Firstly, the equivalent channel was constructed by combining the analog precoding matrix at the transmitter, the analog combining matrix and the channel matrix at the receiver, and the analog part of the transceiver was designed to maximize the equivalent channel gain.Furthermore, the least squares criterion was applied to derive the digital precoding matrix and the digital combination matrix column by column to design the digital part of the transceiver.Simulation results show that the proposed algorithm can approximate the optimal digital precoding scheme and has lower complexity and stronger fault tolerance.

Key words: massive MIMO, equivalent channel gain, least squares criterion, fault tolerance

中图分类号:

TN929.5

曹海燕, 马智尧, 智应娟, 刘仁清, 许方敏, 方昕. 毫米波大规模MIMO系统基于等效信道的全连接混合预编码设计[J]. 电信科学, 2021, 37(1): 85-93.

Haiyan CAO, Zhiyao MA, Yingjuan ZHI, Renqing LIU, Fangmin XU, Xin FANG. Design of full-connected hybrid precoding based on an equivalent channel in millimeter-wave massive MIMO system[J]. Telecommunications Science, 2021, 37(1): 85-93.

图/表 10

图1

表1

各算法复杂度对比"

算法	复杂度
本文所提算法	$O (N_{t}^{2} N_{RF} + N_{RF}^{3} + N_{RF}^{2} N_{t} + N_{RF} N_{t} N_{s} ）$
OMP算法	$O (N_{t}^{2} N_{RF} + N_{t}^{2} N_{RF}^{} N_{s} + N_{t}^{2} N_{RF}^{} + N_{t} N_{RF}^{})$
基于信道SVD算法	$O (N_{t}^{2} N_{RF} + N_{RF}^{3} + N_{RF}^{2} N_{t} + N_{RF} N_{t} N_{s} ）$

表1

图2

图3

图4

图5

图6

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图8

图9

参考文献 15

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