1.基于毫米波MIMO系统深度学习的混合预编码设计方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
步骤一:首先将发射端与接收端分离设计,对于从码本 中任意选择的模拟预编码FRF,为模拟预编码的码本集,通过最大化毫米波信道上的高斯信号实现的互信息,得到其对应的数字预编码FBB,选择使得互信息最大的模拟预编码 与数字预编码 作为最优混合*
预编码,其中表示最优,RF表示模拟,BB表示基带数字, 分别表示模拟预编码与数字预编码的最优值;
步骤二:由步骤一得 和 对于从码本 中任意选择的模拟组合器WRF, 为模拟组合器的码本集,通过最大化系统频谱效率得到其对应的数字组合器WBB,选择使得系统频谱效率最大的WRF作为最优模拟组合器 表示模拟组合器的最优值;
步骤三:构建神经网络框架,分别训练模拟预编码神经网络和模拟组合神经网络;两个M
网络的输入分别为 H 表示M次信道实现, 和 分别代表步骤一、步骤二中M次信道实现从模拟预编码的码本集 和模拟组合器的码本集 中选择的的索引值集合;
步骤四:根据不同的输入信道条件,输出得到最优的模拟预编码 和模拟组合器通过步骤一和步骤二计算得到基带数字预编码 与组合器
2.根据权利要求1所述的基于毫米波MIMO系统深度学习的混合预编码设计方法,其特征在于:所述步骤一中,将发射端与接收端分离并设计模拟预编码FRF和数字预编码FBB的原理如下:
假设接收器基于接收信号执行最佳解码,通过最大化毫米波信道上的高斯信号实现的互信息来设计FRF,FBB:
其中 为Frobenius范数的平方,对于任何从码本 中选择的模拟预编码FRF,其最优基带数字预编码FBB为:
其中上角标 表示求 次幂,V表示 的右奇异值矢量的前Ns列,Ns为数据流数量,P为对角矩阵,对角元素值为注水功率控制解;当FBB已知时,优化目标写为:FRF的设计为从码本 中选择使得上式取得最大时的模拟预编码器
3.根据权利要求2所述的基于毫米波MIMO系统深度学习的混合预编码设计方法,其特征在于:所述步骤二中,模拟组合器WRF和数字组合器WBB的设计原理如下:由步骤一设计确定了 所以只需要设计WRF WBB以最大化系统的频谱效率,因此优化目标写为:
其中H1=HFRF FBB, 为组合后噪声的协方差矩阵, 为噪声功率,对大规模天线阵列,当天线数量很多时,满足 符号∝表示 与I成正比,I为单位阵,假设 符号≈表示约等于,得到 所以优化目标改写为:
对于任何从码本 中选择的模拟预编码WRF,其最优基带数字预编码WBB为:V1为 奇异值分解的右奇异值矩阵;WRF的设计问题转化为:WRF的设计为从码本 中选择使得上式取得最大时的模拟组合器
4.根据权利要求3所述的基于毫米波MIMO系统深度学习的混合预编码设计方法,其特征在于:所述步骤三中,深度学习神经网络框架包含3个卷积层,3个全连接层,3个最大池化层,1个逻辑回归层,每个卷积层后面都有激活函数层,网络的输入为将信道矩阵H分为实数部分Re{[H]i,j}和虚数部分Im{[H]i,j},Re{·}、Im{·}分别表示对信道矩阵H取实部和虚部;网络的输出为模拟预编码矩阵FRF或模拟组合器矩阵WRF,FRF、WRF是从预定义的码本 中选择,将FRF、WRF的选择表述为从码本中选择最优索引值的多标签分类问题,对每个样本H,使用获得最大频谱效率的模拟预编码矩阵作为标准,然后选择模拟预编码的索引值作为每个样本的标签值;使用交叉熵作为多标签分类问题的损失函数,训练神经网络。
5.根据权利要求4所述的基于毫米波MIMO系统深度学习的混合预编码设计方法,其特征在于:所述步骤四中,对于新的信道H,用训练好的网络预测输出得到最优的模拟预编码和模拟组合器 其最优数字预编码与数字组合器由步骤二和步骤三的计算公式得到。