本發(fā)明屬于通信抗干擾技術領域，涉及接收端空間調(diào)制(receivespatialmodulation,rsm)技術，混合預編碼(hybridbeamforming,hb)技術，毫米波通信(millimeter-wave(mmwave)communication)，以及多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput,mimo)技術，具體的說是涉及一種用于毫米波rsm-mimo系統(tǒng)的混合預編碼方法。

背景技術：

mimo系統(tǒng)相對于單輸入單輸出(siso)系統(tǒng)，在系統(tǒng)容量上有了很大的提升。但是由于mimo系統(tǒng)中配備多個昂貴的射頻鏈路，使得硬件的成本和復雜度都增加很大，因此，為了降低硬件成本，人們提出了混合預編碼技術。在模擬域利用相對廉價的移相器等器件能大大地減少射頻鏈數(shù)，從而降低硬件成本。

新興起的毫米波通信技術能提供大量的帶寬，并且有效提高通信容量，因此被視為5g移動網(wǎng)絡的一個重要部分。將毫米波技術與mimo技術相結合(mmwave-mimo)可以克服毫米波傳播的高路徑損耗的問題，而新興的rsm技術可以為mmwave-mimo提供低復雜度和高速率設計，因此提出了毫米波rsm-mimo系統(tǒng)。為了在提供可從mimo系統(tǒng)獲得的確定分集增益的同時減少rf的成本損耗，混合預編碼(hybridbeamforming,hb)是一個很有效的技術,于是提出了毫米波通信的hb-rsm方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是提出一種用于毫米波rsm-mimo系統(tǒng)的混合預編碼方法。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種用于毫米波rsm-mimo系統(tǒng)的混合預編碼方法，設定毫米波rsm-mimo系統(tǒng)具有l(wèi)條多徑，nt根發(fā)射天線和nr根接收天線，用于傳輸每組為b比特的數(shù)字信號；其中每組b比特數(shù)據(jù)經(jīng)過sm調(diào)制后映射為天線序號i和apm符號x，毫米波信道矩陣為：

其中，和表示天線的陣列響應向量，且λ為波長，d為內(nèi)置天線間的距離；

其特征在于，對已知的毫米波信道和發(fā)射信號x進行混合預編碼方法包括以下步驟：

s1、設置模擬預編碼矩陣w如下：

w＝ams(φ0)；

φ0為波束成形指向；

s2、根據(jù)模擬預編碼矩陣w將等效的信道矩陣轉化為：

s3、根據(jù)等效的信道矩陣設置數(shù)字端迫零預編碼矩陣為：

其中，為歸一化因子；

s4、根據(jù)迫零預編碼矩陣得到混合預編碼后的接收信號為：

本發(fā)明的有益效果在于，多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput,mimo)系統(tǒng)中瑞利信道下的接收空間調(diào)制(receivespatialmodulation,rsm)中的預編碼矩陣的維度是nt×nr，而本發(fā)明的數(shù)字預編碼矩陣的維度是l×nr，且在毫米波信道下，多徑數(shù)遠小于發(fā)射天線數(shù)，故與傳統(tǒng)的設計相比，能夠在ber性能幾乎沒有損失的情況下，極大地降低了算法的復雜度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于混合預編碼的毫米波rsm系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明混合預編碼后毫米波rsm系統(tǒng)ber性能圖；

圖3是混合預編碼前后毫米波rsm系統(tǒng)ber性能對比示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術方案。

mimo系統(tǒng)中瑞利衰落信道(rayleighfadingchannel)下的rsm技術是直接利用信道矩陣h進行迫零預編碼(zeroforcingprecoding)，而信道矩陣h的維度為nr×nt，在大規(guī)模mimo系統(tǒng)下，射頻鏈路數(shù)目要與天線數(shù)匹配，則有極高的硬件代價，且數(shù)字端迫零預編碼矩陣的生成將會有較高的復雜度。為了解決上述問題，本發(fā)明提出將混合預編碼技術應用于毫米波rsm系統(tǒng)中，能在系統(tǒng)ber性能幾乎沒有損失的情況下，較大程度地降低系統(tǒng)的復雜度。同傳統(tǒng)rsm系統(tǒng)一樣，本發(fā)明在數(shù)字端仍然采用迫零預編碼，而在模擬域則引入波束成形技術，具體實施方案如下：發(fā)射端首先在數(shù)字端做迫零預編碼，然后在模擬域用移相器來調(diào)節(jié)相位使發(fā)射天線全對準接收端的激活天線，使接收端激活天線的功率達到最大，系統(tǒng)框圖如圖1所示，可以看到與傳統(tǒng)的接收端空間調(diào)制(rsm)系統(tǒng)模型相比，該模型在發(fā)射端增加了一個模擬預編碼的模塊，通過在模擬域用移相器對發(fā)射天線調(diào)節(jié)相位使其對準接收端的激活天線，使接收端激活天線的功率達到最大，且能達到減少硬件代價的目的。

考慮一個有nt根發(fā)送天線，nr根接收天線，多徑數(shù)為l的毫米波接收端空間調(diào)制系統(tǒng)，更具體的，假設nt＝4,nr＝2。選取調(diào)制階數(shù)為m＝4的正交相移鍵控(qpsk)調(diào)制方式，則該系統(tǒng)的傳輸速率為：m＝log2(m)+log2(nr)。若待傳輸?shù)谋忍財?shù)據(jù)為b＝101，則前一個比特對應rsm系統(tǒng)中的天線索引映射，后兩個比特對應qpsk調(diào)制符號映射，因此rsm映射之后對應的接收端激活天線為第2根，對應的qpsk符號為-1+i。

接下來進行混合預編碼。首先設計模擬預編碼矩陣w，現(xiàn)考慮等距天線陣列的情況，可利用天線陣列響應矩陣來設計模擬預編碼矩陣，若要波束成形指向φ0，則設置模擬預編碼矩陣為w＝ams(φ0)。

已知毫米波信道矩陣為:

其中

又

則其是一個主對角占優(yōu)的矩陣。

將看作等效信道矩陣其維度為nr×l，在大規(guī)模天線陣列毫米波通信系統(tǒng)中，多徑數(shù)是遠遠小于發(fā)射天線數(shù)的，則對該系統(tǒng)做模擬預編碼后的等效信道矩陣相當于對原信道矩陣進行了降維操作。在設計數(shù)字端的迫零預編碼矩陣fzf時直接對等效信道作處理，能極大地降低了系統(tǒng)的復雜度，則有:

其中，為歸一化因子。

在進行混合預編碼之后，系統(tǒng)的接收信號可以寫成：

仿真結果見說明書附圖的圖2和圖3，圖2給出了本發(fā)明混合預編碼后毫米波rsm系統(tǒng)的ber性能，可以看出：在高snr的情況下，本發(fā)明的混合預編碼毫米波rsm系統(tǒng)有較好的ber性能。圖3給出了混合預編碼前后毫米波rsm系統(tǒng)ber性能對比示意圖，可以看出：預編碼前后的ber性能幾乎沒有差別，即與傳統(tǒng)設計相比，本發(fā)明幾乎沒有性能損失，而在設計數(shù)字預編碼矩陣時，等效信道矩陣的維度遠遠小于原信道矩陣的維度，這樣能有效地降低系統(tǒng)的復雜度。

綜上所述：和傳統(tǒng)設計相比，本發(fā)明在幾乎沒有ber性能損失的情況下，較大程度地降低了系統(tǒng)的復雜度。