基于相位對齊的毫米波重疊子陣列混合預編碼算法

許志斌 郭越紅 李立欣

2017年12月3GPP完成了非獨立組網（NSA）的5G新空口標準，同時計劃在2018年6月完成獨立組網（SA）的5G新空口標準，這將為5G商用鋪平道路。傳統的移動通信網的空口是一個以基站為中心的無線接入系統，而5G的空口將是以用戶為中心的接入網，以接入云的形式強化了接入控制功能。另外，5G接入網將基帶處理單元（BBU）的功能分解為分布單元（DU）和集中單元（CU），在原來的回傳光傳輸系統基礎上增加了前傳和中傳的環節。基站的大規模天線使得接入傳輸鏈路帶寬可能達到100 Gb/s量級，而且傳統的時分復用傳輸格式將會被基于低時延高效率的以太網技術取代。

——中國工程院院士鄔賀銓

【摘 要】為了進一步解決MIMO系統中射頻鏈路復雜度和系統性能相互制約的問題，重點研究了毫米波多用戶大規模MIMO系統下行鏈路混合預編碼設計方案，提出了一種基于相位對齊的重疊子陣列架構混合預編碼算法（HB-PA算法）。該算法能夠有效地減少射頻鏈路的數量，同時頻譜效率可以逼近全數字預編碼的性能。通過仿真對比，該方案在硬件復雜度和系統性能等方面，比傳統的典型混合預編碼算法及基帶數字預編碼算法能夠更有效地實現性能折中。

【關鍵詞】混合預編碼；重疊子陣列；毫米波；大規模MIMO

Phase Alignment Based Overlapped Sub-array Hybrid Precoding Algorithm for Millimeter-Wave Systems

XU Zhibin， GUO Yuehong， LI Lixin

（School of Electronics and Information， Northwestern Polytechnical University， Xi'an 710129， China）

[Abstract] In this paper， in order to solve the problem of restraint interacting between hardware complexity and system performance， the hybrid precoding architecture based on overlapped sub-array is studied. A hybrid precoding algorithm called HB-PA based on phase alignment with overlapped sub-array architecture is proposed. The proposed algorithm can effectively reduce the number of radio frequency links， while its spectral efficiency can approach the performance of full digital precoding. Simulation results demonstrate that， compared with the traditionally typical hybrid precoding and the baseband digital precoding algorithms， the proposed algorithm can more effective achieve the performance tradeoff between hardware complexity and system performance.

[Key words]hybrid precoding； overlapped sub-array； millimeter-wave； massive MIMO

1 引言

隨著智能設備的不斷增多以及新興多媒體應用的不斷出現，移動數據流量呈現出爆炸性增長。具備廣域覆蓋、高容量、低功耗和低時延等特點的5G技術目前受到了全世界的廣泛關注[1]。……