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专利号: 2020113448755
申请人: 杭州电子科技大学
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:2025-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于信道相关消除的混合预编码算法,其特征在于,在对用户分组的基础上进行数字基带预编码和模拟预编码的设计,具体包括步如下骤:第一步,用户分组:

针对毫米波多用户系统,采用全连接的结构;考虑下行链路,即以基站为接收端,用户端为发射端;并且接收端配有Nr根发射天线和 个射频链路,其中 用户数为K,且K个用户同时向移动台发射信号,并且令 假设 为信号矢量,经过两阶段预编码器,基站最终接收到的信号x为:其中,信号矢量s满足 H=[h1,h2,…,hK],且 表示第k个用户的信道矢量; 为噪声矢量,满足按照散射模型可将信道建模为:其中, αil为第个i散射簇的第l条路径的复数增益; 为到达角;

是天线的阵列响应向量;基站采用均匀线性阵列, 可以表示为:其中λ是电磁波的波长,d为阵列中相邻天线之间的距离;

在MIMO系统中,第k个用户收到K‑1个用户的干扰,且干扰强度未知;为此,通过用户信道相关向量的相关性来识别干扰强度,并根据干扰强度对用户进行分组;

第二步:问题的归结:

为不失去一般性,假设分组后的信道矩阵可表示为:H=[H1,H2,…,Hg]其中,g分组的信道矩阵为Hg;假设g中包含k个用户,则信道矩阵可以表示为:Hg=[h1,h2,…,hk],其中hk代表用户k的信道;假设第g组的模拟预编码可以写为Fg,数字预编码可以写为Wg;则第g组的用户下行接收信号yg可表示为:第g组中用户k的和速率可以表示为:其中,ηk表示第k个用户的信号与干扰加噪声比;具体表达式如下:因此,设计目标为:通过优化WRF,WBB,使得系统和速率最大化;目标函数为:第三步,设计分组的数字预编码:针对信道矩阵Hg进行SVD分解,即:H

Hg=UΣV

其中U和V分别对应Hg的左奇异值矩阵和右奇异值矩阵,Σ为特征矩阵;暂不考虑发射机功率约束,则最优无约束预编码器件Fopt=V1,其中V1对应V的前Ns列;为最大化系统和速率R,需要使得混合预编码矩阵与最优预编码矩阵间欧式距离最小;因此目标函数转为:约束条件为:

令代价函数 利用最小二乘法可得Fg;

第四步:设计模拟预编码;

利用函数 其中 实现 的非线性映射,即Fg=g(Θ);令 的梯度为:

经过随机梯度下降法找到一个Θk+1满足 此时Fg=g(Θk+1)为最优模拟预编码。

2.根据权利要求1所述的基于信道相关消除的混合预编码算法,其特征在于,第一步中,分组具体步骤如下:

(1)令[X]i,l表示第i个用户和第l个用户之间的相关性,则[X]i,l可以表示为:(2)结合相关性的性质和矩阵的知识,可得[X]i,l=[X]l,i,因此令XM为[X]i,l的上三角矩阵;

(3)提取XM中最大值对应的下角标作为索引,即:其中t1,t2分别对应两个用户;将提取到的t1,t2存放在集合G中,代表两个用户分在一组;重复上述步骤直至将所有用户分组。

3.根据权利要求1所述的基于信道相关消除的混合预编码算法,其特征在于,第三步中,最小二乘法求解,具体步骤如下:(1)令代价函数

(2)令J(Fg)对Fg的偏导数为0,即(3)计算

4.根据权利要求1所述的基于信道相关消除的混合预编码算法,其特征在于,第四步中,梯度下降法求解,具体步骤如下:(1)利用函数 其中 实现 的非线性映射,即Fg=g(Θ);

(2)随机抽取一个服从矩阵正态分布的概率密度(3)令 通过卷积实现f平滑:(4)高斯平滑近似后的函数fμ(S)的梯度可以表示为:(5)采用随机梯度下降法更新参数Θk+1,满足此时Fg=g(Θk+1)为最优模拟预编码;

随机梯度下降法的具体步骤如下:(1)输入Fopt,Θk,Wg,μ,η,Tmax,τ(2)初始化:t=0,εt→∞, u=0(3)当t<Tmax且εt>τ时,重复步骤(4)‑(9)(4)从 抽取一个样本

(5)分别计算 和 其中:(6)计算L=1时的梯度值(7)梯度更新:

(8)参数更新:

(9)输出