毫米波通信和大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技術是5G的關鍵候選技術,在提高5G系統(tǒng)各項性能指標上潛力巨大�；旌喜ㄊ尚巫鳛楹撩撞ù笠�(guī)模MIMO系統(tǒng)中的關鍵點,能在系統(tǒng)性能和實現復雜度上取得較好平衡,受到業(yè)界和學術界廣泛關注。首先給出了混合波束成形經典系統(tǒng)模型和常用信道模型,根據信道狀態(tài)信息獲取方式的不同,從基于理想信道條件和基于波束配對兩個方面分析和歸納了現有的混合波束成形方案,最后指出了混合波束成形未來發(fā)展趨勢以及尚未解決的難點。 

【文章來源】：電訊技術. 2019,59(02)北大核心

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

混合波束成形系統(tǒng)實現框圖

實現架構如圖2所示。圖2混合波束成形固定子陣架構實現框圖與固定子陣(部分連接)相對的連接方式是自適應子陣(全連接)，自適應子陣是每一條射頻鏈路與所有天線相連接，如圖1所示。而固定子陣是一條射頻鏈路與一組天線相連接，固定子陣結構占用更少的資源，實現復雜度低，但是性能低于自適應子陣結構。由于毫米波多徑信道在角度域的稀疏性(即主要的傳輸路徑很少，但是聚集了大部分的信道能量)，毫米波信道傳播環(huán)境通常被描述為簇聚信道模型，信道中含有多個散射簇，每個簇又包含多條子徑。常用的簇聚信道模型是基于統(tǒng)計信道建模下的Saleh－Valenzuela(SV)信道模型，它是一種窄帶多徑MIMO信道模型，被廣泛用于毫米波相關研究中。假設有效散射體簇為Nc，每個散射簇形成的簇內傳播路徑為Np，SV模型信道矩陣表示為H=NtNrNcNp槡∑Nci=1∑Npl=1αilar(θril，?ril)at(θtil，?til)。(2)式中:αil表示第i個散射簇中第l條傳播路徑的增益，ar(·)和at(·)分別表示接收端和發(fā)送端的陣列響應矢量，θ(·)為離去角，?(·)為到達角。單用戶所能到達的傳輸速率可以表示為［7］Ｒ=lbINs+ρσ2nWHBBWHＲFHFＲFFBBFHBBFHＲFHHWＲFWBBWHBBWHＲFWＲFWBB()。(3)混合波束成形研究的目標在于聯(lián)合設計收發(fā)兩端預編碼和合并矩陣(FＲF，FBB，WＲF，WBB)使得上式用戶可達速率最大化。模擬波束成形、數字波束成形和混合波束成形的

收端和發(fā)送端的陣列響應矢量，θ(·)為離去角，?(·)為到達角。單用戶所能到達的傳輸速率可以表示為［7］Ｒ=lbINs+ρσ2nWHBBWHＲFHFＲFFBBFHBBFHＲFHHWＲFWBBWHBBWHＲFWＲFWBB()。(3)混合波束成形研究的目標在于聯(lián)合設計收發(fā)兩端預編碼和合并矩陣(FＲF，FBB，WＲF，WBB)使得上式用戶可達速率最大化。模擬波束成形、數字波束成形和混合波束成形的頻譜效率和誤碼性能如圖3所示(仿真場景:單小區(qū)單用戶下行鏈路;仿真參數:頻點28GHz，陣元間距半波長，發(fā)送64天線，接收16天線)，其中數字波束成形采用最優(yōu)的SVD分解算法，混合波束成形采用文獻［12］稀疏混合預編碼方案，模擬波束成形通過波束控制(beamsteering)尋找使得收發(fā)兩端等效信道能量最大化的波束對�？梢钥闯�，混合波束成形能夠以較低的實現復雜度達到接近純數字波束成形性能，單流傳輸時兩者頻譜效率和誤碼性能非常接近，隨著數據流數增大，兩者之間的性能差距增大;即使采用計算量很大的波束控制算法，模擬波束成形仍然與數字波束成形有較大的性能差距;提高傳輸數據流數可以提高頻譜效率，但同時引起誤碼率的提升。(a)頻譜效率(b)誤碼率圖3不同波束成形方案的性能比較3基于理想信道條件的混合波束成形進行混合波束成形預編碼矩陣設計的前提是獲得毫米波傳輸信道的狀態(tài)信息參數，但是在大規(guī)模MIMO場景下面臨著高維信道矩陣，獲取完整的信道狀態(tài)信息(ChannelStateInformation，CSI)變得不切實際，需要付出巨大的計算復雜度和導頻開銷。而且導頻數量受限于信道

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種改進的塊對角化預編碼算法[J]. 高明,孫成越,林少興,王勇.  工程科學與技術. 2018(02)
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本文編號：3498791