1.一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：在毫米波大规模MIMO中建立混合连接结构的系统模型，采用几何的Saleh‑Valenzuela模型构造信道矩阵；

步骤2：以系统可达和速率最大化为目标函数，设计下行链路中混合预编码矩阵；

步骤3：将下行链路中混合预编码矩阵的设计分为两个阶段，包括模拟预编码矩阵的设计和数字预编码矩阵的设计；设计模拟预编码矩阵；

步骤4：得到模拟预编码矩阵之后，再设计数字预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于步骤1具体实现如下：

1‑1系统模型

令发送端数据流数为Ns,总的RF链数为NRF，发射天线数为Nt，接收天线数为Nr，假设毫米波大规模MIMO系统发送端有M个子阵，可以任意设置每个子阵的RF链数和天线数，第i个子阵有NRF_i个RF链和Nt_i根发射天线，i＝1,2,3,...,M，经过数字预编码矩阵FBB和模拟预编码矩阵FRF的处理后，到达接收端的信号表示为：其中，ρ为平均接收功率， 为信道矩阵， 为块对角结构的模拟预编码矩阵 ,FRF＝diag (FRF ,1 ,FRF ,2 ,...,FRF ,M) ，FRF的每个子阵其中 为子阵FRF,i的第j列向量，模拟预编码矩阵FRF中的每个非零元素需满足恒模约束 ，即为数字预编码矩阵，混合预编码矩阵F＝FRFFBB满足功率约束， 发送信号 应满足 其中E[·]表示求变量的期望，H 2

(·) 表示矩阵的共轭转置，n～CN(0,σ)表示高斯分布信道噪声向量；

1‑2信道模型

在毫米波大规模系统中信号在稀疏的环境中传播，采用几何的S‑V模型能更精确的描述稀疏信道矩阵；

假设信道状态信息已知，S‑V信道模型可表示为：其中，Ncl为信号从发射机到接收机之间进行传播的散射簇，每个散射簇包含Nray条传播路径，αi,l、 分别为第i个散射簇的第l条传播路径的路径增益、到达角及离开角， 和 分别为接收端和发送端的阵列响应矢量，采用均匀线性阵列，阵列响应矢量a(θi,l)为：其中，λ为信号波长， 为天线间距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于步骤2具体实现如下：

毫米波大规模MIMO中系统的频谱效率为：目标函数可表示为：

。

4.根据权利要求3所述的一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于步骤3基于等效信道增益最大化设计模拟预编码矩阵，具体实现如下：只考虑数字预编码矩阵FBB时，把HFRF看作等效信道矩阵He,频谱效率重写为：将信道矩阵分解为子阵形式H＝[H1,H2,...,HM]，则等效信道He＝HFRF＝[H1FRF,1,H2FRF,2,...,HMFRF,M],以等效信道矩阵He增益最大为目标设计模拟预编码矩阵FRF：式(7)中，tr(·)为矩阵的迹，可转化成：H

记 wi的奇异值(Singular Value Decomposition，SVD)分解为wi＝Ui∑Vi ；

当NRF_i＝1时，式 的最优解为 vi为wi进行SVD分解后右酉阵Vi的第一列，由于模拟预编码矩阵需要满足恒模约束，因此模拟预编码矩阵的第i个子阵最优解为 angle(·)表示取变量的相位；

当NRF_i≥2时，式 的最优解为 其中Vi(:,

1:NRF_i)为取Vi的前NRF_i列，为满足恒模约束，模拟预编码矩阵的第i个子阵最优解为由此可得模拟预编码矩阵FRF＝diag(FRF,1,FRF,2,...,FRF,M)。

5.根据权利要求3所述的一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于步骤3基于共享共轭信道相位设计模拟预编码矩阵，具体实现如下：目标函数为：

H

为了得到HFRF的最大增益，模拟预编码矩阵FRF中非零元素可直接取H中对应元素的相位并对其进行恒模约束，即：

FRF,i(m,n)表示模拟预编码矩阵FRF的第i个子阵中第m行n列的元素，则同样可得模拟预编码矩阵FRF＝diag(FRF,1,FRF,2,...,FRF,M)。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于混合连接的毫米波大规模MIMO预编码方法，其特征在于步骤4设计数字预编码矩阵实现如下：求得模拟预编码矩阵FRF后，可得等效信道He＝HFRF，将数字预编码矩阵FBB分解为Ns列向量的组合：

系统的可达和速率可表示为：

令中间参数 由矩阵理论有：

|I+AB|＝|I+BA|，可达和速率转化为：可达和速率最终可分解为Ns个子阵速率之和：其中 对于所需要寻找的最优向量dn，n＝1,

2,...,Ns,表示如下：H

令 对Gn‑1进行SVD分解得Gn‑1＝QΛQ，则式(14)可转化为：取Q的第一列q1，当 时系统容量达到最大，由此可得数字预编码矩阵：混合预编码矩阵F＝FRFFBB。