一種基于SIC-CDM的低復雜度混合波束賦形方案*

周 圍,賀 凡,廖先平,黎婧怡,楊秋艷

(重慶郵電大學 a.光電工程學院;b.移動通信技術重慶市重點實驗室,重慶 400065)

0 引 言

在6 GHz以下的系統中,為了實現信號在空域的預處理,減小數據流和用戶間干擾,傳統的全數字波束賦形技術要求為每根天線配備專用的射頻鏈(Radio Frequency,RF)。然而,如果在天線數高達數百甚至上千的毫米波大規模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統中沿用這種方案,系統的硬件成本、功耗以及復雜度將非常高,因此傳統的全數字波束賦形技術不再適用。為了解決上述問題,混合波束賦形(Hybrid Beamforming,HBF)技術被提出。混合波束賦形有兩種經典結構:一種為全連接結構;另一種為部分連接結構。

在全連接結構中,每條射頻鏈通過移相器連接至所有天線,因此每條射頻連能夠獲得全陣列增益。但是,全連接結構雖然減少了射頻鏈數目,卻引入了大量移相器,這導致全連接結構的硬件復雜度和功耗依然很高[1-3],且不易于工程實現。

基于部分連接結構,文獻[4]提出將信號檢測中的連續干擾消除技術(Successive Interference Cancellation,SIC)應用于波束賦形,通過將原始優化問題分解為每個天線子陣列的速率優化問題,從而降低了計算復雜度。但該方案要求數字預編碼矩陣為對角矩陣,這造成了一定的波束賦形增益損失,且該方案并未設計接收端的波束賦形矩陣。文獻[5]提出一種基于半正定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)的方案,利用凸優化工具箱(Convex Optimization Toolbox,CVX)求解數字預編碼矩陣,然后通過交替優化求解模擬預編碼矩陣,獲得了較優的性能。但該方案將原始優化問題轉化為半正定規劃問題(Semidefinite Programming,SDP),導致了很高的計算復雜度。……