【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信服務(wù)需求的迅速增長,無人機(jī)毫米波通信因靈活性高、安全性強(qiáng)、帶寬大等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注,成為5G通信中無縫覆蓋問題的重要解決方案。研究表明,陣列天線技術(shù)可以產(chǎn)生具有較大增益的窄波束,從而克服毫米波無線傳播過程中面臨的巨大損耗。傳統(tǒng)的多天線系統(tǒng)的波束成形技術(shù)是基于全數(shù)字編碼方式在基帶中實(shí)現(xiàn)的。雖然全數(shù)字系統(tǒng)具有靈活性高、波束增益強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但是其昂貴的成本與較大的能耗使得該方法在無人機(jī)毫米波通信系統(tǒng)中面臨巨大的限制。針對(duì)這一問題,本文擬采用混合編碼技術(shù)產(chǎn)生與全數(shù)字形式近似的混合編碼向量,從而減少成本與能量的消耗。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.針對(duì)毫米波的稀疏特性,本文將混合波束成形問題轉(zhuǎn)化為稀疏矩陣的重構(gòu)問題,分別引入正交匹配追蹤算法(Orthogonal Matching Pursuit,OMP),梯度追蹤算法(Gradient Pursuit,GP)和貪婪幾何算法(greedy geometric,GG)進(jìn)行迭代運(yùn)算。仿真表明,GG算法具有最佳的迭代效率而GP算法的復(fù)雜度最低。2.針對(duì)毫米波陣元間距較小造成的互耦問題,本文首先研究了互耦效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理,對(duì)互耦效應(yīng)下的波束畸變情況進(jìn)行了探究,隨后建立互耦效應(yīng)等效信道模型,最后根據(jù)該模型進(jìn)行波束的混合預(yù)編碼設(shè)計(jì),有效改善了波束畸變帶來的通信速率損失。3.針對(duì)無人機(jī)毫米波通信過程中受到風(fēng)速、機(jī)體振動(dòng)等因素的影響造成的波束周期性抖動(dòng)問題,本文首先基于設(shè)定的通信場(chǎng)景建立了等效信道模型,隨后根據(jù)該信道模型計(jì)算得到理想的波束編碼向量,最后利用稀疏重構(gòu)算法進(jìn)行混合編碼分解,從而得到能夠解決上述問題的近似理想波束設(shè)計(jì)方案。仿真表明,本文提出的基于混合波束成形系統(tǒng)的波束編碼設(shè)計(jì)方案能夠有效解決以上實(shí)際問題,提高了無人機(jī)毫米波通信性能。除此之外,本文還探究了不同波束形狀的在增益、穩(wěn)健性、抗干擾方面的性能,為未來研究者解決相關(guān)問題奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

單無人機(jī)毫米波通信場(chǎng)景

圖 1.2 機(jī)群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的無人機(jī)毫米波通信場(chǎng)景為無人機(jī)群的基本網(wǎng)絡(luò)框架，無人機(jī)群在無線通信領(lǐng)域中的典型覆蓋。無人機(jī)平臺(tái)具有靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，在自然災(zāi)害造成基礎(chǔ)站過載狀況中能夠承擔(dān)臨時(shí)基站的作用，，從而協(xié)助現(xiàn)有的通信蓋。通信。在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，無人機(jī)群可以為地面用戶提供可靠
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;TN928

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