【摘要】：隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展,當(dāng)前可用的頻譜資源已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)無(wú)線業(yè)務(wù)需求,充分利用毫米波頻段資源成為解決這一問(wèn)題的主要途徑之一。毫米波頻段通信增加了系統(tǒng)容量。然而,如何提高毫米波頻段通信的可靠性成為設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。結(jié)合大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù),毫米波頻段通信的可靠性被大大提升,而毫米波技術(shù)同時(shí)解決了大規(guī)模MIMO的配置難點(diǎn)。在傳統(tǒng)大規(guī)模MIMO中,使用純數(shù)字預(yù)編碼需要配置大規(guī)模射頻鏈路,從而造成很高的功耗和硬件成本。為了減小功耗和硬件成本,當(dāng)前主要有兩類方法。一種方法是采用少量射頻鏈路下的新系統(tǒng)架構(gòu);另一種方法是使用低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC,Digital-to-Analog Converter)/模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC,Analog-to-Digital Converter)。當(dāng)使用少量射頻鏈路時(shí),需要采用混合數(shù)字與模擬收發(fā)技術(shù),系統(tǒng)性能相比于純數(shù)字處理會(huì)有較大變化。因此,研究混合收發(fā)技術(shù)下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)性能非常必要。論文主要針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng),研究了混合收發(fā)技術(shù)下的系統(tǒng)性能以及混合架構(gòu)和低精度ADC下的寬帶毫米波信道估計(jì)。首先,考慮射頻鏈路共享架構(gòu)下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng),論文第二章研究了混合數(shù)字模擬收發(fā)技術(shù)和特定技術(shù)下的系統(tǒng)性能。針對(duì)大規(guī)模多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路,論文給出了相位對(duì)準(zhǔn)的混合預(yù)編碼方案設(shè)計(jì)并研究了該方案下的系統(tǒng)性能。論文然后對(duì)混合預(yù)編碼架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一種新型移相開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)混合預(yù)編碼架構(gòu)并給出了該架構(gòu)下的混合預(yù)編碼設(shè)計(jì)方法,進(jìn)一步減小了混合預(yù)編碼電路功耗。針對(duì)中繼射頻鏈路受限的大規(guī)模MIMO中繼系統(tǒng),論文進(jìn)一步研究了中繼混合收發(fā)技術(shù)以及該技術(shù)下的系統(tǒng)性能。然后,考慮基站射頻鏈路受限的大規(guī)模MIMO中繼系統(tǒng)上行鏈路,論文第三章研究了基站側(cè)的混合模擬與數(shù)字檢測(cè)方案。該方案中,模擬檢測(cè)矩陣各元素的相位選取為級(jí)聯(lián)兩跳信道矩陣對(duì)應(yīng)元素的相位。論文分別推導(dǎo)了無(wú)限精度相位和量化相位下的系統(tǒng)性能表達(dá)式,它適用于任何信噪比,進(jìn)而得出中繼和基站不同信噪比下的性能漸進(jìn)值。論文接著研究了該系統(tǒng)降低用戶和中繼發(fā)送功率的能力。隨著天線數(shù)的增加,在系統(tǒng)可達(dá)和速率不減小的前提下,用戶和中繼的發(fā)射功率可以同時(shí)按天線數(shù)目的指數(shù)規(guī)律下降。論文進(jìn)一步研究了可達(dá)和速率最大化的多用戶最優(yōu)功率分配問(wèn)題。論文通過(guò)引入輔助變量將其轉(zhuǎn)化為等價(jià)問(wèn)題,利用KKT分析求出了最優(yōu)功率分配系數(shù)。最后,考慮寬帶毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng),論文第四章研究了收發(fā)端混合構(gòu)架下低精度ADC信道估計(jì)問(wèn)題。通過(guò)Bussgang定理下非線性ADC量化的線性建模,將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)計(jì)等效的線性估計(jì)問(wèn)題,然后順序優(yōu)化頻率平坦的模擬權(quán)重和頻率選擇性的數(shù)字權(quán)重。由于沒(méi)有信道方向性先驗(yàn)信息,模擬收發(fā)權(quán)重矩陣設(shè)計(jì)為各向同性的矩陣。在得出等效噪聲的統(tǒng)計(jì)特性之后,論文推導(dǎo)出了均方誤差意義上最優(yōu)的數(shù)字估計(jì)權(quán)重矩陣表達(dá)式。論文提出的信道估計(jì)器適用于任意信道。當(dāng)毫米波信道存在稀疏特性時(shí),該信道估計(jì)器利用額外的正交匹配追蹤進(jìn)一步減小低精度ADC造成的量化噪聲的影響。仿真結(jié)果表明,該信道估計(jì)方法在不同ADC量化精度下的性能均好于傳統(tǒng)方法。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN928

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