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,搜索遍历找寻最佳的精度;主要包括以下步骤:步骤1:信号接收模型与目标函数建立
基站端以功率p发送长度为Ns的数据流,经过大小为Nrf×Ns的数字预编码FD和Nt×Nrf的模拟预编码FA对信号的幅度和相位进行了调整后,通过Nt根天线将信号s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
(1)
其中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 (2)
其中B表示移相器的精度且1≤B≤8,b表示DAC的精度且1≤b≤8,Rε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Ns列作为最优全数字预编码矩阵Fopt;再利用字典法,获取字典中最大的前Ns个索引,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:根据获得的模拟预编码矩阵,通过最小二乘法求解数字预编码矩阵FD=(FA)-1Fopt;再根据数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵的乘积的范数平方为Ns的约束对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:首先假设量化精度为B,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;将量化角度集中的所有元素与步长相乘后和θx,y做差值,选择所有差值中最小的m作为量化值,得到量化后的角度为φx,y=mΔ;在量化过后,新的模拟预编码矩阵的FA2(x,y)=ejφx,y,其中j为虚数单位;所有元素都获取之后,再对模拟预编码与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Rε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。