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专利号: 2020112520534
申请人: 华东交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低功耗的毫米波MIMO通信预编码设计方法,其特征在于,针对在信号发送端的DAC和模拟预编码器两个对象进行硬件精度的选择;综合考虑移相器和DAC精度的配置,通过建立求解最优能量效率目标函数,对移相器的量化精度和DAC精度进行联合优化,遍历找寻最佳的精度;主要包括以下步骤:步骤1:信号接收模型建立基站端以功率p发送长度为Ns的数据流信号s,经过维度为N rf×N s的数字预编码矩阵FD对信号的幅度和相位进行了调整后,再通过N rf个射频链路对信号进行功率放大;通过维度为N t×N rf的全精度模拟预编码矩阵FA对信号的相位进行了调整,最后通过N t根天线将预处理后的信号发送给接收端,同时每根天线对应配置一个DAC对,信号经过DAC处理后加入硬件失真噪声;步骤2:在接收端接收的信号表示y=(1-μ)sqrt(p)HFAFDs+sqrt(p)HFAe+n (1)其中sqrt(·)为开根号操作,H为信道矩阵且大小为Nr×Nt,n为高斯白噪声且服从均值为0、方差为1的正态分布;μ为DAC的失真因子且与转换器的精度有关;e为DAC对应的失真噪声;步骤3:针对提出的接收信号模型,系统的能量效率η定义为频谱效率R与系统消耗总功率Pt的比值,并建立优化目标函数如下{FA,FD,B,b}=  argmaxR/Pts.t.R>R0 (2)其中B为移相器的量化精度,且1≤B≤8,b表示DAC的精度且1≤b≤8,R0表示为满足系统通信的最低频谱效率。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤3中获取全精度模拟预编码矩阵,具体步骤为:在将信道矩阵进行奇异值分解后,选取分解后的右奇异值矩阵,并将右奇异值矩阵的前N s列作为最优全数字预编码矩阵Fopt;再根据阵列响应矢量At与最优全数字预编码矩阵Fopt相乘得到字典集Ω,获取字典集中最大的前Ns个列的索引,并将索引对应的字典集的列作为全精度模拟预编码矩阵FA。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,获取数字预编码矩阵,具体步骤为:根据获得的全精度模拟预编码矩阵,通过公式FD=(FA)-1Fopt求得数字预编码矩阵FD;再根据数字预编码矩阵和全精度模拟预编码矩阵的乘积的范数平方为N s的约束对数字预编码矩阵进行单位化处理。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,对移相器精度进行量化,具体步骤为:定义量化步长Δ为2π与2B的比值,再根据B建立量化角度集β={0,1,2,…,(2B-1)};然后取全精度模拟预编码矩阵的第x行y列的元素FA(x,y),并获得其元素对应的角度θx ,y;将量化角度集β中的所有元素与量化步长相乘后和θx ,y做差值,选择所有差值中最小的元素m作为量化值,得到量化值对应的量化角度φ x ,y=mΔ;在量化过后,新的模拟预编码矩阵为FA2(x,y)=ejφx,y,其中j为虚数单位;所有元素都获取之后,再根据新的模拟预编码矩阵对数字预编码进行一次单位化处理。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,对移相器的量化精度与DAC精度的联合优

化求解,具体步骤为:采用遍历搜索算法,对移相器的量化精度B ,和DAC精度b进行搜索获取最大能量效率;具体思想为,先考虑计算移相器和DAC精度都为1时的频谱效率,判断是否满足R 0的阈值,若是,则存储此时的B;反之则增加移相器精度,提高频谱效率;直到满足频谱效率的阈值后,再增加DAC精度b寻找能量效率的最大值,由此求解移相器与DAC精度的联合优化。