【摘要】：隨著人們對無線高速數(shù)據(jù)通信需求的與日俱增,當前的移動通信系統(tǒng)面臨著頻譜資源短缺、吞吐量小、傳輸時延高等性能瓶頸。毫米波頻段提供了豐富的頻譜資源,并且,毫米波技術(shù)與大規(guī)模MIMO技術(shù)結(jié)合形成的毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)一方面解決了頻譜資源短缺的問題,另一方面可以在基站側(cè)配置大規(guī)模天線陣列,提供充足的天線陣列增益、提升系統(tǒng)吞吐量。因此,毫米波大規(guī)模MIMO技術(shù)成為了5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。本論文選題來源于企業(yè)科研合作項目——《新一代網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)與業(yè)務(wù)分析技術(shù)研究》,重點對毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中子連接型結(jié)構(gòu)下的混合預(yù)編碼問題進行了研究,分別提出了開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下與移相器結(jié)構(gòu)下的混合預(yù)編碼算法。具體的研究工作如下:1)綜述了毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)與信號預(yù)編碼的相關(guān)研究。首先闡述了毫米波技術(shù)并對毫米波大規(guī)模MIMO技術(shù)的基本概念以及研究方向進行了介紹,然后著重梳理了全數(shù)字預(yù)編碼與混合預(yù)編碼的基本原理、研究現(xiàn)狀以及相應(yīng)的優(yōu)缺點。2)針對開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提出了能量高效的混合預(yù)編碼算法。以能量效率最大化為目標對混合預(yù)編碼進行設(shè)計,提出了兩步優(yōu)化方法。該算法將原始的多變量非凸優(yōu)化問題進行解耦并分別利用交叉熵優(yōu)化與一種迭代優(yōu)化算法求解。仿真結(jié)果表明本文提出的兩步優(yōu)化方法在保證用戶QoS的情況下,始終能實現(xiàn)較高的系統(tǒng)能效。3)針對移相器結(jié)構(gòu),提出了能量高效的混合預(yù)編碼算法。以能量效率最大化為目標進行混合預(yù)編碼設(shè)計,提出了基于信道相位提取的優(yōu)化方法。該算法首先將模擬域的設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為等效信道增益最大化問題并用相位提取方法進行求解。在對模擬域進行設(shè)計之后,采用塊對角化預(yù)編碼算法將數(shù)字預(yù)編碼器/接收機的問題轉(zhuǎn)化為分式規(guī)劃問題求解。仿真結(jié)果表明,本文提出的預(yù)編碼算法可以在頻譜效率與能量效率之間實現(xiàn)較好的折中。
【圖文】：

２．１．３毫米波大規(guī)模ＭＩＭＯ系統(tǒng)簡介逡逑本節(jié)首先以單用戶ＭＩＭＯ邋（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｕｓｅｒ邋ＭＩＭＯ，ＳＵ－ＭＩＭＯ）系統(tǒng)為例，，對逡逑典型的ＭＩＭＯ系統(tǒng)進行介紹。如圖２－１所示，ＭＩＭ？技術(shù)是指在發(fā)射端和接收逡逑端均部署了多根天線，信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線進行發(fā)射和接收的一逡逑種技術(shù)。這種ＭＩＭＯ系統(tǒng)與單發(fā)單收的系統(tǒng)相比，一方面能夠充分挖掘空間資逡逑源，獲得分集增益，提升通信鏈路的穩(wěn)定性；另一方面可以在不增加頻譜資源和逡逑天線發(fā)射功率的情況下獲得復(fù)用增益。已有研究證明，采用ＭＩＭＯ技術(shù)可以成逡逑倍的提高系統(tǒng)信道容量。由于其巨大的性能優(yōu)勢，目前被廣泛地應(yīng)用到了移動通逡逑信系統(tǒng)。逡逑大規(guī)模ＭＩＭＯ技術(shù)是貝爾實驗室Ｍａｒｚｅｔｔａ在２０１０年提出來的，它將傳統(tǒng)逡逑ＭＩＭＯ系統(tǒng)中天線的數(shù)量提高到成百上千甚至無窮多根，進一步的挖掘信道空逡逑間資源。其模型與圖２－１類似

北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑在毫米波大規(guī)模ＭＩＭＯ系統(tǒng)中，發(fā)射端部署了成百上千根天線。如果繼續(xù)逡逑使用圖２－２中的結(jié)構(gòu)，則需要與天線相同的數(shù)目的射頻鏈與數(shù)模轉(zhuǎn)換器，這會帶逡逑來巨大的部署成本與功耗。為了解決這個問題，學(xué)術(shù)界提出了混合預(yù)編碼方案。逡逑如圖２－３所示，目前混合預(yù)編碼的類型按其硬件結(jié)構(gòu)可分為全連接型與子連接型，逡逑其中子連接型又可以分為固定子連接型和自適應(yīng)子連接型（將在后文中詳細介逡逑紹）。此外，無論哪種結(jié)構(gòu)，在對預(yù)編碼進行設(shè)計時都需要考慮移相器精度、ＲＦ逡逑鏈數(shù)目、ＤＡＣ／ＡＤＣ精度等對系統(tǒng)的影響。逡逑邐邋－１邐ｐ邋移相器精度逡逑邐邋全連接型逡逑＇混合預(yù)ｆ碼類Ｉ逡逑邐邐邐邋邐邐邋＾邐—邐邋－邋＃－（邋ＲＦ鏈數(shù)邋Ｂ逡逑１■子連接型－逡逑自適應(yīng)子連邐邐逡逑邐邐＾邐邋Ｊ邐ＤＡＧ／ＡＤＣ精度逡逑圖２－３混合預(yù)編碼研究內(nèi)容逡逑圖２－４展示了兩種預(yù)編碼結(jié)構(gòu)，其中圖２－４邋（ａ）是經(jīng)典的全連接結(jié)構(gòu)，每個逡逑射頻鏈通過移相器與所有天線相連接。該結(jié)構(gòu)將預(yù)編碼分為了較高維度的模擬預(yù)逡逑編碼和一個較低維度的數(shù)字預(yù)編碼，不需要每個天線對應(yīng)一個射頻鏈。不足的是，逡逑雖然只需要較少的射頻鏈，大大減少了部署成本和功率消耗并且有較高的預(yù)編碼逡逑自由度，但由于每個射頻鏈需要通過多個移相器與所有天線相連接，依然有著較逡逑高的功耗。為了解決移相器過多的問題
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2633436