CN111555785A - 一种信号预编码方法、装置及电子设备 - Google Patents

一种信号预编码方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供了信号预编码方法、装置及电子设备，涉及无线通信技术领域，应用于信号发射端，包括多个射频链路和多个发射天线，多个射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接，方法包括：获得待编码信号，获得待接收待编码信号的用户的用户数量；基于用户数量、射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息；按照数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路；按照模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。应用上述方案可以降低信号预编码带来的能量消耗。

Description

一种信号预编码方法、装置及电子设备
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种信号预编码方法、装置及电子设备。
背景技术
在无线通信技术领域，信号发射端通常采用Massive MIMO(大规模多输入多输出)技术实现信号发射。信号发射过程中，为了降低信号之间的干扰，需要对信号进行混合预编码。其中，混合预编码包括数字预编码和模拟预编码两部分，数字预编码是指将信号映射到射频链路，模拟预编码是指将射频链路输出的信号映射到发射天线。
现有技术中，信号发射端一般基于移相器网络实现混合预编码，这种情况下，在对信号进行模拟预编码时，需要首先将射频链路输出的信号映射至移相器，由移相器对信号进行相位调节，再对移相器输出的信号进行模拟预编码，从而将信号映射至发射天线。
应用现有技术虽然可以实现对信号进行预编码，但是MIMO技术下的移相器网络中需要部署大量的移相器，而大量的移相器在对信号进行相位调节时，所消耗的能量较大。因此，现有技术中存在对信号进行预编码时能量消耗大的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种信号预编码方法、装置及电子设备，以降低信号预编码过程中的能量消耗。具体技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种信号预编码方法，所述方法应用于信号发射端，所述信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，所述多个射频链路通过开关网络与所述多个发射天线相连接，所述方法包括：
获得待编码信号，并获得待接收所述待编码信号的用户的用户数量；
基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，所述数字编码信息表征：用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，所述模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，所述信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息；
按照所述数字编码信息对所述待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号；
按照所述模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过所述开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
第二方面，本申请实施例提供了一种信号预编码装置，所述装置应用于信号发射端，所述信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，所述多个射频链路通过开关网络与所述多个发射天线相连接，所述装置包括：
信号获得模块，用于获得待编码信号，并获得待接收所述待编码信号的用户的用户数量；
信息获得模块，用于基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，所述数字编码信息表征：用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，所述模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，所述信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息；
数字预编码模块，用于按照所述数字编码信息对所述待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号；
模拟预编码模块，用于按照所述模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过所述开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一所述的方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一所述的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的信号预编码方法。
本申请实施例有益效果：
由以上可见，应用本申请实施例提供的方案，对信号进行预编码的信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，多个射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接。信号发射端对信号进行预编码时可以获得待编码信号，并获得待接收待编码信号的用户的用户数量，基于用户数量、射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，数字编码信息表征：用于传输待编码信号的射频链路的信息，模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息，按照数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号，按照模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。利用数字编码信息和模拟编码信息可以将信号映射到相位最匹配的发射天线中。由于开关网络中不包含移相器，可以避免移相器带来的能量消耗。由此可见，应用本申请实施例提供的方案在进行信号预编码时，可以降低信号预编码带来的能量消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种信号发射端的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种信号预编码方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种信号预编码过程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种信息获得方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的和速率示意图；
图6为本申请实施例提供的不同迭代次数下和速率的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种能量效率对比示意图；
图8为本申请实施例提供的一种信号预编码装置的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为降低信号预编码过程中移相器带来的能量消耗，本申请实施例提供了一种信号预编码方法、装置及电子设备，下面分别进行详细介绍。
首先对本申请实施例提供的信号预编码方法的执行主体进行介绍。该方法可以应用于信号发射端，信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，多个射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接。
其中，上述信号发射端可以是信号发射基站。该信号发射端可以采用MassiveMIMO(Multiple-Input Multiple-Output，大规模多输入多输出)技术实现信号发射。射频链路用于对信号进行放大处理，得到射频信号；发射天线用于对不同相位值的信号进行发射。每一发射天线所支持的信号的相位值从
Figure BDA0002500333710000041
中随机选取，其中，Nt表示发射天线的数量。例如，假设发射天线的数量为9，每一发射天线所支持的信号的相位值从1/3{1，-1}中随机选取，也就是，各个发射天线所支持的信号的相位值随机为1/3或-1/3。
多个发射天线通过开关网络平均与多个射频链路相连接，例如，假设发射天线的数量为20，射频链路的数量为5，则每一射频链路通过开关网络与4个发射天线相连接。
开关网络包括多个开关控制器，每一发射天线通过一开关控制器与一射频链路相连接。通过开关控制器可以控制发射天线与射频链路的连接状态。在开关控制器为闭合状态的情况下，信号可以通过射频链路传输至发射天线；在开关控制器为断开状态的情况下，信号难以通过射频链路传输至发射天线。
参见图1，图1为本申请实施例提供的一种信号发射端的结构示意图。如图1所示，开关网络中包括多个开关控制器，每一射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接，每一发射天线对应开关网络中一个开关控制器。
参见图2，图2为本申请实施例提供的一种信号预编码方法的流程示意图，该方法包括如下步骤201至步骤204。
步骤201，获得待编码信号，并获得待接收待编码信号的用户的用户数量。
其中，上述待编码信号可以是基于毫米波的信号，也可以是光波信号、微波信号等。上述待编码信号可以是5G信号、4G信号、3G信号等。待接收待编码信号的用户的用户数量，与待编码信号的码流数量相等。例如，假设待接收待编码信号的用户的用户数量为100，则待编码信号的码流数量也为100。
步骤202，基于用户数量、射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息。
为便于描述，下面将发射天线的数量记作Nt，将射频链路的数量记作NRF，将用户数量记作K。
其中，数字编码信息表征：用于传输待编码信号的射频链路的信息，数字编码信息通常以数字预编码矩阵的形式表示，数字预编码矩阵的行数可以是射频链路NRF的数量，列数可以是用户数量K。除此之外，数字编码信息还可以以向量、数列等形式表示。
模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，模拟编码信息通常以模拟预编码矩阵的形式表示，模拟预编码矩阵的行数可以是发射天线的数量Nt，列数可以是射频链路的数量NRF。
本申请的一个实施例中，在基于开关网络的信号发射端，每一流待编码信号不再与所有发射天线相连，而是只通过开关网络，与M＝Nt/NRF根发射天线相连。在这种情况下，模拟编码信息FRF可以是如下所示的对角化矩阵：
Figure BDA0002500333710000051
其中，
Figure BDA0002500333710000052
表示第1个射频链路所连接的发射天线中M×1维的模拟预编码信息，
Figure BDA0002500333710000053
表示第2个射频链路所连接的发射天线中M×1维的模拟预编码信息，
Figure BDA0002500333710000054
表示第NRF个射频链路所连接的发射天线中M×1维的模拟预编码信息。模拟预编码信息中每一项的取值为0或1，0表示与该发射天线相连接的开关控制器处于断开状态，1表示与该发射天线相连接的开关控制器处于闭合状态。
除此之外，模拟编码信息还可以以向量、数列等形式表示。
信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息。信道信息可以以信道矩阵H的形式进行表示：
H＝[h1，h2 … hk]H
其中，h1表示传输第1个用户待接收信号的信道传输路径的信息，h2表示传输第2个用户待接收信号的信道传输路径的信息，hk表示传输第k个用户待接收信号的信道传输路径的信息，[h1，h2 … hk]H表示[h1，h2 … hk]的共轭转置矩阵。h1，h2 … hk可以以行数为发射天线的数量的一维向量进行表示。h1，h2 … hk中每一元素的取值为0或1，其中，0表示该信号不通过对应发射天线进行发射，也就是与对应发射天线相连接的开关控制器处于断开状态；1表示该信号通过对应发射天线进行发射，也就是与对应发射天线相连接的开关控制器处于闭合状态。
除此之外，信道信息还可以以向量、数列等形式表示。
本申请的一个实施例中，可以统计之前发射的信号对应的信道传输路径信息，根据所统计的信息预测用于传输待编码信号的信道传输路径的信息，从而得到信道信息。也可以直接由人工设定信道信息。
上述遗传算法是一种用于对有复杂约束条件的函数进行优化的算法。在基于开关网络的信号预编码过程中，可以将模拟编码信息转化为一维向量，从而更好的模拟基因表达；并且，由于开关网络中每一开关控制器具有唯二性，即闭合状态1和断开状态0，这样向量内的元素仅在2个值之间进行取值，在进行模拟编码信息和数字编码信息计算时，可以节省计算复杂度。除此之外，遗传算法可以很好的解决多限制条件下的优化问题，这样便于求得针对待编码信号进行预编码最优的模拟编码信息和数字编码信息，从而提高信号预编码效果。
步骤203，按照数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号。
具体的，可以将待编码信号与数字编码相乘，从而实现对待编码信号进行数字预编码。再将数字预编码后的信号传输至各个射频链路，每一射频链路可以对所传输的信号进行方法处理，从而得到射频信号。
本申请的一个实施例中，在数字编码信息为行数为射频链路的数量、且列数为用户数量的数字预编码矩阵的情况下，可以将待编码信号与数字编码信息相乘，从而得到数字预编码后的信号，由于数字预编码矩阵行数为射频链路的数量，因此得到所得到的数字预编码后的信号也是行数为射频链路的数量的信号矩阵，信号矩阵的每一行对应一射频链路。可以将信号矩阵的各行分别输入各个射频链路，以使得各个射频链路对所输入的信号进行放大得到射频信号。
步骤204，按照模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
具体的，针对各个射频链路输出的射频信号，可以将射频信号与模拟编码信息相乘，从而实现对信号进行模拟预编码。数字编码信息可以用于指示：开关网络中与各个发射天线相连接的开关控制器的连接状态。在将各个射频链路输出的射频信号映射至发射天线时，可以根据模拟预编码结果，将各个射频信号映射至对应的开关控制器处于闭合状态的发射天线，从而实现将各个射频信号传输至对应的发射天线，以使得发射天线对所传输的信号进行发射。
本申请的一个实施例中，在模拟编码信息为行数为发射天线的数量、且列数为射频链路的数量的模拟预编码矩阵的情况下，可以将各个射频链路输出的射频信号与模拟编码信息相乘，从而得到模拟预编码后的信号。由于模拟预编码矩阵行数为发射天线的数量，因此得到所得到的模拟预编码后的信号也是行数为发射天线的数量的信号矩阵，信号矩阵的每一行对应一发射天线。可以将信号矩阵的各行分别输入各个发射天线，以使得各个发射天线对所输入的信号进行发射。
参见图3，图3为本申请实施例提供的一种信号预编码过程示意图。由图3可知，对于所获得的待编码信号，首先根据数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，再将数字预编码后的信号映射至各个射频链路，射频链路对所映射的信号进行方法处理，得到射频信号。针对各个射频链路输出的射频信号，再根据模拟编码信息进行模拟预编码，根据模拟预编码结果确定开关网络中开关控制器闭合的发射天线，将模拟预编码后的信号映射至所确定的发射天线，以使得发射天线对所映射的信号进行发射。
应用上述实施例提供的方案，对信号进行预编码的信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，多个射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接。信号发射端对信号进行预编码时可以获得待编码信号，并获得待接收待编码信号的用户的用户数量，基于用户数量、射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，数字编码信息表征：用于传输待编码信号的射频链路的信息，模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息，按照数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号，按照模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。利用数字编码信息和模拟编码信息可以将信号映射到相位最匹配的发射天线中。由于开关网络中不包含移相器，可以避免移相器带来的能量消耗。由此可见，应用上述实施例提供的方案在进行信号预编码时，可以降低信号预编码带来的能量消耗。
参见图4，图4为本申请实施例提供的一种信息获得方法的流程示意图，对于上述步骤202，在计算模拟编码信息和数字编码信息时，可以包括如下步骤2021至步骤2028。
步骤2021，随机产生预设数量个行数为发射天线的数量、且列数为射频链路的数量的矩阵，作为候选模拟信息。
其中，上述预设数量可以是50、100、200等。
具体的，由于开关网络下，各个射频链路所连接的发射天线是固定的，因此可以首先随机产生预设数量个候选模拟信息，后续再根据候选模拟信息求解候选数字信息。可以随机生成的Nt个候选模拟信息，每一候选模拟信息与模拟编码信息的格式相同，可以将每一候选模拟信息作为一对角化矩阵，其中每一行仅有一个非零值，每一列存在一个M×1维的模拟预编码信息。
步骤2022，对各个候选模拟信息进行维度转换，得到各个一维的候选模拟信息。
具体的，可以首先对各个候选模拟信息进行去0操作，得到M×NRF维的矩阵Q：
Figure BDA0002500333710000081
再对矩阵Q进行维度转换，得到Nt×1的一维的候选模拟信息。其中，一维的候选模拟信息的长度为发射天线的数量。
在遗传算法中，可以将每一个Nt×1的一维的候选模拟信息，作为种群中的一个个体，种群内个体的数量为Nt个，这种情况下，种群可以表示为G：
Figure BDA0002500333710000082
其中，
Figure BDA0002500333710000083
表示第一个一维的候选模拟信息，
Figure BDA0002500333710000084
表示第二个一维的候选模拟信息，
Figure BDA0002500333710000085
表示第s个一维的候选模拟信息，上述s表示种群内的个体数，s的取值为上述预设数量。
步骤2023，针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息。
本申请的一个实施例中，可以以信号发射端的发射功率为约束，利用均衡算法计算各个一维的候选模拟信息对应的用于传输待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息。
其中，上述均衡算法可以是ZF(Zero forcing，迫零算法)算法、MMSE(MinimumMean Square Error，最小均方差)算法、MLSE(Maximum Likelihood SequenceEstimation，最大似然估计)算法。
本申请的一个实施例中，可以利用以下公式计算每一一维的候选模拟信息对应的候选数字信息FBB：
Figure BDA0002500333710000091
Figure BDA0002500333710000092
其中，P表示发射功率，FRF表示候选模拟信息，
Figure BDA0002500333710000093
表示
Figure BDA0002500333710000094
的范数，
Figure BDA0002500333710000095
表示候选数字信息的归一化信息。
步骤2024，针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据用户数量和信道信息，计算每一候选模拟信息的适应度。
其中，每一候选模拟信息的适应度表征：基于该候选模拟信息进行模拟预编码后信号之间的干扰程度。
本申请的一个实施例中，在计算每一候选模拟信息的适应度时，可以包括如下步骤A和步骤B。
步骤A，针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据用户数量和信道信息，估算待接收待编码信号的用户中每一用户待接收的信号受到其它信号干扰后的信噪比。
本申请的一个实施例中，可以利用以下公式估算每一用户待接收的信号的信噪比：
Figure BDA0002500333710000101
其中，γk表示第k个用户所要接收的信号的信噪比，FRF表示候选模拟信息，σ2表示预设的噪声功率，K表示用户数量，
Figure BDA0002500333710000102
表征：预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，
Figure BDA0002500333710000103
表征：对第k个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息，
Figure BDA0002500333710000104
表征：对第n个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息，
Figure BDA0002500333710000105
表示：n的取值为1到用户数量K中除第k以外的数值。
步骤B，根据估算得到的各个信噪比，计算每一候选模拟信息的适应度。
本申请的一个实施例中，可以利用以下公式计算每一候选模拟信息的适应度F(FRF)：
Figure BDA0002500333710000106
步骤2025，基于各个候选模拟信息的适应度，从各个一维的候选模拟信息中选择出预设数量个信息，作为目标模拟信息。
本申请的一个实施例中，可以计算各个候选模拟信息的适应度总和，分别计算各个候选模拟信息的适应度占适应度总和的比例，作为各个候选模拟信息被选中的概率，基于各个候选模拟信息被选中的概率，从各个候选模拟信息中选择出预设数量个信息，作为目标模拟信息。
具体的，可以首先通过以下公式计算各个候选模拟信息的适应度总和Fit：
Figure BDA0002500333710000107
上述
Figure BDA0002500333710000108
表示第l个候选模拟信息的适应度，S表示预设的候选模拟信息的数量。
然后按照以下公式计算各个候选模拟信息被选中的概率：
Figure BDA0002500333710000109
其中，Choice(i)表示第i个候选模拟信息被选中的概率，
Figure BDA00025003337100001010
表示第i个候选模拟信息的适应度。
本申请的一个实施例中，在得到各个候选模拟信息被选中的概率后，可以利用轮盘赌选择法，从各个候选模拟信息中选择出发射天线的数量Nt个信息，作为目标模拟信息。具体的，可以每一次从Nt个候选模拟信息中，随机选择一个候选模拟信息，作为一个目标模拟信息。重复执行上述步骤预设数量次，从而可以得到预设数量个目标模拟信息。
轮盘赌选择法是一种基于累积概率的选择算法，通过以下公式可以计算得到第i个候选模拟信息被选中的累积概率：
Cum(i)＝Choice(i-1)+Choice(i)
Choice(0)＝0
其中，上述Choice(0)表示第0个候选模拟信息被选中的概率，Cum(i)表示第i个候选模拟信息被选中的累积概率，Choice(i)表示第i个候选模拟信息被选中的概率，Choice(i-1)表示第i-1个候选模拟信息被选中的概率。
每一候选模拟信息的累积概率越大，该候选模拟信息被选中的可能性越高；每一候选模拟信息的累积概率越小，该候选模拟信息被选中的可能性越低。
步骤2026，将各个一维的候选模拟信息更新为所选择的目标模拟信息，返回步骤2023，直至满足预设的迭代条件，得到最终的目标模拟信息。
其中，上述迭代条件可以是迭代次数达到预设次数，上述预设次数可以是5次、10次、50次等。上述迭代条件还可以是所得到的目标模拟信息与上一次迭代所得到的目标模拟信息之间的差异值小于预设的差异度阈值。上述差异值可以是欧氏距离、马氏距离等。具体的，在上述差异值小于预设的差异度阈值的情况下，可以认为满足迭代条件。
本申请的一个实施例中，可以基于预设的交叉概率对所选择的目标模拟信息进行交叉变换，将各个一维的候选模拟信息更新为交叉变换后的目标模拟信息。在交叉变换过程中，可以按照交叉概率随机选择两个目标模拟信息，对所选择的目标模拟信息中指定的元素进行互换，从而实现交叉变换。
本申请的一个实施例中，还可以基于预设的突变概率对所选择的目标模拟信息进行突变变换，将各个一维的候选模拟信息更新为突变变换后的目标模拟信息。具体的，可以按照突变概率随机选择一个目标模拟信息，对所选择的的目标模拟信息中的元素进行调整，从而实现突变变换。
步骤2027，从最终的目标模拟信息中选择适应度最高的一目标模拟信息，对所选择的目标模拟信息进行维度转换，得到行数为发射天线的数量、且列数为射频链路的数量的矩阵，作为模拟编码信息。
具体的，所选择的目标模拟信息的维度为Nt×1，可以对目标模拟信息进行维度转换，得到维度为Nt×NRF的矩阵，作为模拟编码信息。
本申请的一个实施例中，可以基于上述步骤2022中将矩阵转换为一维向量的逆操作，对维度为Nt×1的目标模拟信息进行维度转换，从而得到维度为Nt×NRF的模拟编码信息。
步骤2028，针对模拟编码信息，计算用于传输待编码信号的射频链路的信息，作为数字编码信息。
具体的，可以利用上述步骤2023中计算候选数字信息的方式，计算模拟编码信息对应的数字编码信息，在此不作赘述。
下面对计算模拟编码信息和数字编码信息的方法进行详细介绍。
本申请实施例提供的方案，在于提高开关网络下信号发射端发射信号的能量利用效率，即能效。信号发射端的能效η可以采用以下公式来计算：
Figure BDA0002500333710000121
其中，Rtotal表示信号发射端在发射信号时的和速率，和速率表征信号发射端向各个用户所发射的信号的速率之和。Ptotal表示信号发射端发射信号时的总功率。
本申请的一个实施例中，可以根据用户数量和信道信息，估算待接收待编码信号的用户中每一用户待接收的信号的传输速率，再利用各个传输速率计算得到信号发射端在发射信号时的和速率。
具体的，待编码信号在经过数字预编码、模拟预编码后，在信道中进行传输，最终被用户接收，用户所接收的信号y可以表示为：
y＝HFRFFBBs+n
其中，H表示预设的信道信息，FRF表示模拟编码信息，FBB表示数字编码信息，s表示待编码信号，n表示信号在传输过程中所产生的高斯白噪声。
上述待编码信号s满足标准化公式E(ssH)＝IK，IK为K×K的单位矩阵，K表示用户数量，n满足高斯白噪声分布
Figure BDA0002500333710000122
σ2表示噪声功率。模拟编码信息与数字编码信息满足传输功率约束条件
Figure BDA0002500333710000131
P表示总发射功率。
上述情况下，第k个用户的接收信号yk可表示为：
Figure BDA0002500333710000132
其中，上述pk表示给第k个用户发射信号时产生的发射功率，wk表示对第k个用户所要接收的信号进行预编码时采用的预编码信息，sk表示发射给第k个用户的信号，nk表示给第k个用户所发射的信号在信道传输过程中遭遇到的噪声干扰，
Figure BDA0002500333710000133
表示预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，pi表示给第i个用户发射信号时产生的发射功率，wi表示对第i个用户所要接收的信号进行预编码时采用的预编码信息，si表示发射给第i个用户的信号。
可知，每一用户所接收的信号易受到其他用户所接收的信号和噪声的干扰。
本申请的一个实施例中，可以通过以下公式估算待接收待编码信号的用户中每一用户待接收的信号的传输速率γk：
Figure BDA0002500333710000134
其中，FRF表示模拟编码信息，σ2表示预设的噪声功率，K表示用户数量，
Figure BDA0002500333710000135
表征：预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，
Figure BDA0002500333710000136
表征：对第k个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的数字编码信息，
Figure BDA0002500333710000137
表征：对第n个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的数字编码信息。
对于整个系统来说，系统的和速率Rtotal可表示为：
Figure BDA0002500333710000138
本申请的一个实施例中，在计算信号发射端发射信号时的总功率Ptotal时，可以通过以下公式进行计算：
Ptotal＝Psys+Pcom+Pfix
其中，Psys表示信号发射端在对信号进行放大和发射时所消耗的系统功率，Pcom表示信号发射端在对信号进行计算时所产生的计算功率，Pfix为固定功率上述固定功率为信号发射端在系统功率、计算功率之外消耗的功率，为固定值。
本申请的一个实施例中，可以通过以下公式计算系统功率：
Psys＝P+PRF
其中，P表示对信号进行发射时产生的发射功率，PRF表示对信号进行放大得到射频信号时产生的射频功率。
本申请的一个实施例中，发射功率可表示为：
Figure BDA0002500333710000141
射频功率由两部分组成，一部分是射频链路在对信号进行放大处理时消耗的功率PRFC，另一部分是与射频链路相连的硬件所消耗的功率PC，射频功率可表示为：
PRF＝PRFC+PC
其中，射频链路消耗的功率PRFC与射频链路的数量相关，等于射频链路的数量NRF乘以每条射频链路消耗的功率PRF-per：
PRFC＝NRF×PRF_per
射频链路相连的硬件产生的功率PC与信号发射端所用的硬件类型与系统结构有关，开关网络下射频链路相连的硬件包括开关网络中的各个开关控制器，开关控制器的数量与发射天线的数量Nt相同，产生的功率PC可表示为：
PC,switch＝NtPswitch
其中，PC,switch表示开关网络的功率，Pswitch表示开关网络中单个开关控制器产生的功率。
对上述发射功率、射频链路在对信号进行放大处理时消耗的功率、与射频链路相连的硬件所消耗的功率相加，可以得到开关网络下的系统功率Psys,switch：
Figure BDA0002500333710000151
本申请的一个实施例中，信号发射端所产生的计算功率包括：估算用于传输待编码信号的信道传输路径的信息时产生的信道估计功率、对信道信息进行编码时产生的信道编码功率和因预编码算法产生的算法功率这种情况下，信号发射端所产生的计算功率Pcom为：
Pcom＝Pest+Pcode+Palo
其中，Pest表示信道估计功率、Pcode表示信道编码功率、Palo表示算法功率。
具体的，信号通过载波调制后可以形成一个OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，多载波调制)符号，加上循环前缀后进行发送。根据3GPP(3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划)中的定义，在一个Tslot内只进行一次信道估计操作，其中，上述Tslot为：通信协议中规定的时间标量，可以理解为一个极小的时间单位，例如，可以为0.5毫秒。因此，信道估计功率Pest可表示为单位时间内信道估计的次数Nesi与一次信道估计产生的消耗γ的乘积，即：
Pesi＝Nesi×γ
其中，单位时间内信道估计的次数可以根据带宽W、相干时间TC和相干带宽WC算出。上述带宽用于衡量信号发射端所发射信号的频率范围；相干带宽为描述时延扩展的指标，是表征多径信道特性的一个重要参数。相干时间指信道保持恒定的最大时间差范围。计算公式如下所示：
Figure BDA0002500333710000152
上述信道编码功率Pcode可以由信道编码效率ηcode与和速率Rtotal的乘积表示：
Pcode＝ηcode×Rtotal
上述算法功率Palo与对待编码信号进行预编码时采取的预编码方法相关，可以通过计算预编码方法复杂度Oalo与计算效率μ的商得到：
Figure BDA0002500333710000161
信号发射端所产生的计算功率Pcom为：
Figure BDA0002500333710000162
综上所述，信号发射端的能量效率η可以表示为：
Figure BDA0002500333710000163
通过对信号发射端的能量效率η进行分析可以看到，分母部分的信道编码与和速率有关，但由于ηcode较小，对整个分母部分的影响可以忽略不计。由于信号发射端和预编码方法确定时，分母部分可看成一个参数，此参数在不同信号发射端和预编码方法中有不同取值。本申请的一个实施例中，可以以最大化和速率为目标计算模拟编码信息和数字编码信息。
本方案的优化目标为计算模拟编码信息和数字编码信息，使得信号发射端的能量效率得以提升，在固定发射功率的条件下，其优化目标为最大化和速率，考虑到用户间干扰，也就是，目标函数可表示为：
Figure BDA0002500333710000164
Figure BDA0002500333710000165
Figure BDA0002500333710000166
其中，s.t.表示约束条件，γk表示第k个用户所要接收的信号的信噪比，FRF表示候选模拟信息，σ2表示预设的噪声功率，K表示用户数量，
Figure BDA0002500333710000171
表征：预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，
Figure BDA0002500333710000172
表征：对第k个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息，
Figure BDA0002500333710000173
表示求取：当R取值最大时，FBB和FRF的取值。
本申请的一个实施例中，在基于上述公式计算模拟编码信息和数字编码信息的最优解时，可以首先确定模拟编码信息，进而求解数字编码信息。
具体的，可以将信道信息和模拟编码信息合成一个等效信道He看待，这种情况下，用户所接收的信号y的表达式为：
y＝HeFBBs+n
He＝HFRF
其中，上述n表示信号在传输过程中所产生的高斯白噪声。
本申请的一个实施例中，在基于模拟编码信息计算数字编码信息时，可以采用ZF算法计算各个模拟编码信息对应的数字编码信息，这样可以降低不同信号之间产生的干扰。
具体的，可以利用如下公式计算模拟编码信息计算数字编码信息：
Figure BDA0002500333710000174
其中，上述
Figure BDA0002500333710000175
表示等效信道He的共轭转置矩阵，(HFRF)H表示(HFRF)的共轭转置矩阵。
根据功率约束条件，最终的数字编码信息表达公式如下：
Figure BDA0002500333710000176
通过上式可以得到，数字编码信息FBB是一个关于模拟编码信息的函数FBB＝f(FRF)，整个优化目标变为对最优模拟编码信息的求解。
本申请的一个实施例中，模拟编码信息每一行仅有一个非零值，每一列有一个M×1维的模拟预编码矢量，所有相位从
Figure BDA0002500333710000181
中选取，因此可以对模拟编码信息FRF进行去零操作，经过去零后的FRF是一个M×NRF维的矩阵Q：
Figure BDA0002500333710000182
其次，对Q进行维度转换，使之变成一个Nt×1维的向量W：
W＝vec(Q)
其中，vec(Q)表示对矩阵Q进行维度转换得到一维向量。
本申请的一个实施例中，针对一维的模拟编码信息，可以利用遗传算法求解最优的模拟编码信息。具体实施过程同上述步骤2021至步骤2028类似，在此不作赘述。
基于本申请提供的信号预编码方案，本申请提供了一个具体实施例，下面进行详细说明。
假设信号发射端的配置参数如下表1所示：
表1
Figure BDA0002500333710000183
如上表1所示，该信号发射端包含16个射频链路，128个发射天线，发射天线以16×8的矩阵排列，也就是128个发射天线通过开关网络平均与16个射频链路相连接，每一射频链路与8个发射天线相连接。该信号发射端所发射的信号的信噪比范围为-10dB至30dB。发射天线的天线面板放置模式为单天线阵列面板，TTI个数为10000，每一TTI表征信号传输间隔，一个TTI的取值可以是1毫秒。
在利用遗传算法计算模拟编码信息与数字编码信息时，所采用的参数如下表2所示：
表2
Figure BDA0002500333710000191
基于表2所示参数，分别采用本申请实施例提供的基于遗传算法的混合预编码方法和全模拟预编码方法、基于ZF的全数字预编码方法、基于OMP(Orthogonal MatchingPursuit，正交匹配跟踪算法)算法的混合预编码方法，对信号进行仿真预编码，根据仿真结果获得采用不同预编码方法下信号发射端发射信号时的和速率。
参见图5，图5为本申请实施例提供的不同预编码方法下、对不同信噪比的信号进行发射时信号的和速率示意图。图中三角形△所连实线表示：采用全模拟预编码方法对不同信噪比的信号进行预编码后，对信号进行发射时的和速率情况；图中圆形○所连虚线表示：采用基于ZF的全数字预编码方法对不同信噪比的信号进行预编码后，对信号进行发射时的和速率情况；图中星号*所连实线表示：采用基于OMP算法的混合预编码方法对不同信噪比的信号进行预编码后，对信号进行发射时的和速率情况；图中圆形○所连实线表示：采用基于遗传算法的混合预编码方法对不同信噪比的信号进行预编码后，对信号进行发射时的和速率情况。由图可知，本申请实施例提供的基于遗传算法的混合预编码方案在和速率性能上优于基于OMP算法的混合预编码方案，远远优于全模拟预编码方案，略差于全数字预编码方案。与基于OMP算法的混合预编码方案相比，本文提出的算法在和速率性能上随着信噪比的增大优势更加明显。
参见图6，图6为本申请实施例提供的不同迭代次数下和速率的示意图。图6表示，在迭代次数分别为10、25、50、100、200次情况下，采用基于遗传算法的混合预编码方案对不同信噪比的信号进行预编码时，信号发射端发射信号的和速率变化情况。图中圆形○所连实线表示：迭代次数为10次时，信号发射端发射信号的和速率变化情况；星号*所连实线表示：迭代次数为25次时，信号发射端发射信号的和速率变化情况；圆形○所连虚线表示：迭代次数为50次时，信号发射端发射信号的和速率变化情况；三角形△所连实线表示：迭代次数为100次时，信号发射端发射信号的和速率变化情况；星号*所连虚线表示：迭代次数为200次时，信号发射端发射信号的和速率变化情况。从图6中可以看出，随着迭代次数的增加，和速率也有所增加，但是当迭代次数大于100时，性能增加变化不大，因此可认为迭代次数大于100时，种群趋于稳定。
参见图7，图7为本申请实施例提供的一种能量效率对比示意图。本申请的一个实施例中，从能量效率角度，基于遗传算法的开关网络下混合预编码方法、基于移相器网络下部分连接型混合预编码方法、基于移相器网络下全连接型混合预编码方法，分析三种预编码方法下信号发射端发射不同信噪比的信号时的能量效率。按照预先设定的发射功率、各个射频链路上的电路功耗、移相器网络电路功耗、开关网络电路功耗、系统带宽、相干带宽、相干时间、信道编码效率、基站计算效率，对上述三种预编码方法下信号发射端发射信号时的能量效率分别进行计算，可以得到如图7所示的对比图。图中圆形○所连实线表示：基于遗传算法的混合预编码方法下信号发射端发射不同信噪比的信号时的能量效率；星号*所连实线表示：基于移相器网络下部分连接型混合预编码方法下信号发射端发射不同信噪比的信号时的能量效率；图中圆形○所连虚线表示：基于移相器网络下全连接型混合预编码方法下信号发射端发射不同信噪比的信号时的能量效率。可见，本方案提出的基于遗传算法的混合预编码方案在能量效率性能上优于基于移相器网络下部分连接型混合预编码方案、远远大于基于移相器网络下全连接型混合预编码方案。因此可以证明本方案提出最终在能量效率上得到了较大的优化，且在高信噪比的情况下优势更加明显。
参见图8，图8为本申请实施例提供的一种信号预编码装置的结构示意图，所述装置应用于信号发射端，所述信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，所述多个射频链路通过开关网络与所述多个发射天线相连接，所述装置包括：
信号获得模块801，用于获得待编码信号，并获得待接收所述待编码信号的用户的用户数量；
信息获得模块802，用于基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，所述数字编码信息表征：用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，所述模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，所述信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息；
数字预编码模块803，用于按照所述数字编码信息对所述待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号；
模拟预编码模块804，用于按照所述模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过所述开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
本申请的一个实施例中，所述信息获得模块802，包括：
模拟信息产生单元，用于随机产生预设数量个行数为所述发射天线的数量、且列数为所述射频链路的数量的矩阵，作为候选模拟信息；
维度转换单元，用于对各个候选模拟信息进行维度转换，得到各个一维的候选模拟信息；
数字信息计算单元，用于针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息；
适应度计算单元，用于针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，计算每一候选模拟信息的适应度，其中，每一候选模拟信息的适应度表征：基于该候选模拟信息进行模拟预编码后信号之间的干扰程度；
目标信息选择单元，用于基于各个候选模拟信息的适应度，从各个一维的候选模拟信息中选择出所述预设数量个信息，作为目标模拟信息；
信息更新单元，用于将各个一维的候选模拟信息更新为所选择的目标模拟信息，返回所述针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息的步骤，直至满足预设的迭代条件，得到最终的目标模拟信息；
模拟信息获得单元，用于从所述最终的目标模拟信息中选择适应度最高的一目标模拟信息，对所选择的目标模拟信息进行维度转换，得到行数为所述发射天线的数量、且列数为所述射频链路的数量的矩阵，作为模拟编码信息；
数字信息获得单元，用于针对所述模拟编码信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为数字编码信息。
本申请的一个实施例中，所述信息更新单元，具体用于：
基于预设的交叉概率对所选择的目标模拟信息进行交叉变换，将各个一维的候选模拟信息更新为交叉变换后的目标模拟信息；和/或
基于预设的突变概率对所选择的目标模拟信息进行突变变换，将各个一维的候选模拟信息更新为突变变换后的目标模拟信息。
本申请的一个实施例中，所述数字信息计算单元，具体用于：
以所述信号发射端的发射功率为约束，利用均衡算法计算各个一维的候选模拟信息对应的用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息。
本申请的一个实施例中，所述数字信息计算单元，具体用于：
利用以下公式计算每一一维的候选模拟信息对应的候选数字信息FBB：
Figure BDA0002500333710000221
Figure BDA0002500333710000222
其中，所述P表示发射功率，所述FRF表示候选模拟信息。
本申请的一个实施例中，所述适应度计算单元，包括：
信噪比计算子单元，用于针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，估算待接收所述待编码信号的用户中每一用户待接收的信号受到其它信号干扰后的信噪比；
适应度计算子单元，用于根据估算得到的各个信噪比，计算每一候选模拟信息的适应度。
本申请的一个实施例中，所述信噪比计算子单元，具体用于：
利用以下公式估算每一用户待接收的信号的信噪比：
Figure BDA0002500333710000223
其中，所述γk表示第k个用户所要接收的信号的信噪比，所述FRF表示候选模拟信息，所述σ2表示预设的噪声功率，所述K表示用户数量，所述
Figure BDA0002500333710000231
表征：预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，所述
Figure BDA0002500333710000232
表征：对第k个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息；和/或
所述适应度计算子单元，具体用于：
利用以下公式计算每一候选模拟信息的适应度F(FRF)：
Figure BDA0002500333710000233
本申请的一个实施例中，所述目标信息选择单元，具体用于：
计算各个候选模拟信息的适应度总和；
分别计算各个候选模拟信息的适应度占所述适应度总和的比例，作为各个候选模拟信息被选中的概率；
基于各个候选模拟信息被选中的概率，从各个候选模拟信息中选择出所述预设数量个信息，作为目标模拟信息。
应用上述实施例提供的信号预编码方案，利用数字编码信息和模拟编码信息可以将信号映射到相位最匹配的发射天线中。由于开关网络中不包含移相器，可以避免移相器带来的能量消耗。由此可见，应用上述实施例提供的方案在进行信号预编码时，可以降低信号预编码带来的能量消耗。
本申请实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器901、通信接口902、存储器903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信，
存储器903，用于存放计算机程序；
处理器901，用于执行存储器903上所存放的程序时，实现信号预编码方法步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一信号预编码方法的步骤。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一信号预编码方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
应用上述实施例提供的方案，对信号进行预编码的信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，多个射频链路通过开关网络与多个发射天线相连接。信号发射端对信号进行预编码时可以获得待编码信号，并获得待接收待编码信号的用户的用户数量，基于用户数量、射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，数字编码信息表征：用于传输待编码信号的射频链路的信息，模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息，按照数字编码信息对待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号，按照模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。利用数字编码信息和模拟编码信息可以将信号映射到相位最匹配的发射天线中。由于开关网络中不包含移相器，可以避免移相器带来的能量消耗。由此可见，应用上述实施例提供的方案在进行信号预编码时，可以降低信号预编码带来的能量消耗。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例、电子设备实施例、计算机可读存储介质实施例、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信号预编码方法，其特征在于，所述方法应用于信号发射端，所述信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，所述多个射频链路通过开关网络与所述多个发射天线相连接，所述方法包括：
获得待编码信号，并获得待接收所述待编码信号的用户的用户数量；
基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，所述数字编码信息表征：用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，所述模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，所述信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息；
按照所述数字编码信息对所述待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号；
按照所述模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过所述开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，包括：
随机产生预设数量个行数为所述发射天线的数量、且列数为所述射频链路的数量的矩阵，作为候选模拟信息；
对各个候选模拟信息进行维度转换，得到各个一维的候选模拟信息；
针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息；
针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，计算每一候选模拟信息的适应度，其中，每一候选模拟信息的适应度表征：基于该候选模拟信息进行模拟预编码后信号之间的干扰程度；
基于各个候选模拟信息的适应度，从各个一维的候选模拟信息中选择出所述预设数量个信息，作为目标模拟信息；
将各个一维的候选模拟信息更新为所选择的目标模拟信息，返回所述针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息的步骤，直至满足预设的迭代条件，得到最终的目标模拟信息；
从所述最终的目标模拟信息中选择适应度最高的一目标模拟信息，对所选择的目标模拟信息进行维度转换，得到行数为所述发射天线的数量、且列数为所述射频链路的数量的矩阵，作为模拟编码信息；
针对所述模拟编码信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为数字编码信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将各个一维的候选模拟信息更新为所选择的目标模拟信息，包括：
基于预设的交叉概率对所选择的目标模拟信息进行交叉变换，将各个一维的候选模拟信息更新为交叉变换后的目标模拟信息；和/或
基于预设的突变概率对所选择的目标模拟信息进行突变变换，将各个一维的候选模拟信息更新为突变变换后的目标模拟信息。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对各个一维的候选模拟信息，计算用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息，包括：
以所述信号发射端的发射功率为约束，利用均衡算法计算各个一维的候选模拟信息对应的用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述以所述信号发射端的发射功率为约束，利用均衡算法计算各个一维的候选模拟信息对应的用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，作为候选数字信息，包括：
利用以下公式计算每一一维的候选模拟信息对应的候选数字信息FBB：
Figure FDA0002500333700000021
Figure FDA0002500333700000022
其中，所述P表示发射功率，所述FRF表示一维的候选模拟信息。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，计算每一候选模拟信息的适应度，包括：
针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，估算待接收所述待编码信号的用户中每一用户待接收的信号受到其它信号干扰后的信噪比；
根据估算得到的各个信噪比，计算每一候选模拟信息的适应度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述针对各个一维的候选模拟信息和该一维的候选模拟信息对应的候选数字信息，根据所述用户数量和信道信息，估算待接收所述待编码信号的用户中每一用户待接收的信号受到其它信号干扰后的信噪比，包括：
利用以下公式估算每一用户待接收的信号的信噪比：
Figure FDA0002500333700000031
其中，所述γk表示第k个用户所要接收的信号的信噪比，所述FRF表示候选模拟信息，所述σ2表示预设的噪声功率，所述K表示用户数量，所述
Figure FDA0002500333700000032
表征：预设的信道信息中传输第k个用户待接收信号的信道传输路径，所述
Figure FDA0002500333700000033
表征：对第k个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息，所述
Figure FDA0002500333700000034
表征：对第n个用户所要接收的信号进行数字预编码时采用的候选数字信息；和/或
所述根据估算得到的各个信噪比，计算每一候选模拟信息的适应度，包括：
利用以下公式计算每一候选模拟信息的适应度F(FRF)：
Figure FDA0002500333700000035
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于各个候选模拟信息的适应度，从各个一维的候选模拟信息中选择出所述预设数量个信息，作为目标模拟信息，包括：
计算各个候选模拟信息的适应度总和；
分别计算各个候选模拟信息的适应度占所述适应度总和的比例，作为各个候选模拟信息被选中的概率；
基于各个候选模拟信息被选中的概率，从各个一维的候选模拟信息中选择出所述预设数量个信息，作为目标模拟信息。
9.一种信号预编码装置，其特征在于，所述装置应用于信号发射端，所述信号发射端包括多个射频链路和多个发射天线，所述多个射频链路通过开关网络与所述多个发射天线相连接，所述装置包括：
信号获得模块，用于获得待编码信号，并获得待接收所述待编码信号的用户的用户数量；
信息获得模块，用于基于所述用户数量、所述射频链路的数量、发射天线的数量、以及预设的信道信息，利用遗传算法计算数字编码信息和模拟编码信息，其中，所述数字编码信息表征：用于传输所述待编码信号的射频链路的信息，所述模拟编码信息表征：用于传输各个射频链路输出信号的发射天线的信息，所述信道信息表征：用于传输信号的信道传输路径的信息；
数字预编码模块，用于按照所述数字编码信息对所述待编码信号进行数字预编码，将数字预编码后的信号映射到各个射频链路，以使得各个射频链路对所映射的信号进行放大得到射频信号；
模拟预编码模块，用于按照所述模拟编码信息对各个射频链路输出的射频信号进行模拟预编码，基于模拟预编码结果，通过所述开关网络将模拟预编码后的信号映射到各个发射天线。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821925A (zh) * 2021-01-21 2021-05-18 重庆邮电大学 一种基于大规模mimo天线阵列的混合波束赋形算法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107046434A (zh) * 2016-11-27 2017-08-15 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 大规模mimo系统模数混合预编码方法
US20170359111A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-14 Maxlinear Asia Singapore Private Limited Predistortion For Hybrid Digital/Analog Precoders
CN107809274A (zh) * 2017-10-18 2018-03-16 东南大学 一种基于新型移相开关网络的混合预编码方法
US20180131423A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-10 Facebook, Inc. Beamforming in antenna systems
CN108712198A (zh) * 2018-05-08 2018-10-26 电子科技大学 一种基于子带等效信道矩阵条件数的混合预编码方法
CN108964723A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 索尼公司 电子设备和通信方法
CN110601730A (zh) * 2019-09-18 2019-12-20 北京邮电大学 一种自适应的数字模拟混合天线结构及预编码方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170359111A1 (en) * 2016-06-01 2017-12-14 Maxlinear Asia Singapore Private Limited Predistortion For Hybrid Digital/Analog Precoders
US20180131423A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-10 Facebook, Inc. Beamforming in antenna systems
CN107046434A (zh) * 2016-11-27 2017-08-15 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 大规模mimo系统模数混合预编码方法
CN108964723A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 索尼公司 电子设备和通信方法
CN107809274A (zh) * 2017-10-18 2018-03-16 东南大学 一种基于新型移相开关网络的混合预编码方法
CN108712198A (zh) * 2018-05-08 2018-10-26 电子科技大学 一种基于子带等效信道矩阵条件数的混合预编码方法
CN110601730A (zh) * 2019-09-18 2019-12-20 北京邮电大学 一种自适应的数字模拟混合天线结构及预编码方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112821925A (zh) * 2021-01-21 2021-05-18 重庆邮电大学 一种基于大规模mimo天线阵列的混合波束赋形算法

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