【摘要】：虛擬現(xiàn)實、自動駕駛等新興技術(shù)的出現(xiàn)對移動通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量提出了更高的需求,5G網(wǎng)絡(luò)支持的峰值速率可以達到20Gbps,頻譜效率也將得到極高的提升。然而傳統(tǒng)的低頻頻段不能提供足夠的傳輸帶寬,高頻的毫米波段逐漸成為學(xué)術(shù)界研究的熱點。大規(guī)模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術(shù)作為5G移動通信核心技術(shù)之一可以通過在基站端配置大規(guī)模的天線陣列,服務(wù)于多個用戶的方式來提高系統(tǒng)的頻譜效率。將毫米波通信和大規(guī)模MIMO系統(tǒng)相結(jié)合是5G通信技術(shù)研究的一個重點方向。本文首先介紹了毫米波信道的特性和基本模型,接著對基于毫米波信道的兩種傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)-全數(shù)字波束賦形系統(tǒng)和純模擬波束賦形系統(tǒng)進行了探討。由于全數(shù)字波束賦形架構(gòu)中基站端需要使用和天線數(shù)目相同的射頻(Radio Frequency,RF)鏈,這種方案只適用于小規(guī)模的天線架構(gòu)體系。而純模擬波束賦形陣列上缺乏幅度的控制,其性能相比于全數(shù)字的波束賦形系統(tǒng)要差。故數(shù)�；旌喜ㄊx形系統(tǒng)更加適用于毫米波MIMO系統(tǒng),在降低系統(tǒng)復(fù)雜度的同時也能提高頻譜效率。論文第三章對傳統(tǒng)的MIMO數(shù)字域波束賦形算法進行了深入的闡述,其中包括基于破零(Zero-Forcing,ZF)、最小均方誤差(Minimum Mean Square Error,MMSE)、塊對角化(Block Diagonalization,BD)、信漏噪比(Signal to Leakage and Noise Ratio,SLNR)的波束賦形算法,并對其性能進行了橫向?qū)Ρ?分析了這些算法各自的優(yōu)勢和存在的局限性。論文第四章首先介紹了傳統(tǒng)的基于單用戶的數(shù)�；旌喜ㄊx形技術(shù),根據(jù)正交匹配追蹤算法提出了基于不同度量碼本的改進算法,在原方案的基礎(chǔ)上降低了算法的復(fù)雜度。在基于正交約束和相位提取的數(shù)�；旌喜ㄊx形算法中改進了數(shù)字波束賦形矩陣的求解思路,以復(fù)雜度換取了性能的提高,提高了系統(tǒng)的頻譜效率。論文第五章介紹了基于多用戶場景的數(shù)�；旌喜ㄊx形技術(shù),提出了基于共軛轉(zhuǎn)置的混合波束賦形算法和基于奇異值分解的波束賦形算法。算法的核心思想是最大化模擬等效信道矩陣對角線上元素,以共軛轉(zhuǎn)置的方法求出發(fā)射端的模擬波束賦形矩陣。相比傳統(tǒng)方案需要進行迭代搜索得到模擬波束賦形矩陣,所提方案其等效信道做數(shù)字波束賦形獲得的增益更多,系統(tǒng)獲得的可達速率更高。
【圖文】：

圖 2-1 全數(shù)字波束賦形系統(tǒng)模型y H x n HDs n (2-6)n 為加性高斯白噪聲，服從均值為 0、方差為2 的高斯分布。然而，在毫米波大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)中，全數(shù)字波束賦形架構(gòu)中需要讓基站端使用和天線數(shù)目相同的 RF 鏈，這在毫米波 MIMO 系統(tǒng)中難以實現(xiàn)，這種系統(tǒng)模型只適用于小規(guī)模的天線架構(gòu)系統(tǒng)中。2.2.2 純模擬波束賦形系統(tǒng)模型純模擬的波束賦形系統(tǒng)中一個天線子陣列為一個通道，連接著一個 AD/DA 轉(zhuǎn)換器和一條 RF 鏈，如圖 2-2 所示。即在射頻鏈上連接一個模擬移相網(wǎng)絡(luò)，通過改變發(fā)射信號的相位來進行模擬波束賦形，相比于全數(shù)字波束賦形需要給每一根天線配置一條 RF 鏈，大大減小了系統(tǒng)的開銷和硬件成本。令 1RFN ，接收端的信號可以表示為：

圖 2-1 全數(shù)字波束賦形系統(tǒng)模型y H x n HDs n (n 為加性高斯白噪聲，服從均值為 0、方差為2 的高斯分布。然而，在毫米波大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)中，全數(shù)字波束賦形架構(gòu)中需要讓基站使用和天線數(shù)目相同的 RF 鏈，這在毫米波 MIMO 系統(tǒng)中難以實現(xiàn)，這種系統(tǒng)型只適用于小規(guī)模的天線架構(gòu)系統(tǒng)中。2.2.2 純模擬波束賦形系統(tǒng)模型純模擬的波束賦形系統(tǒng)中一個天線子陣列為一個通道，連接著一個 AD/DA換器和一條 RF 鏈，如圖 2-2 所示。即在射頻鏈上連接一個模擬移相網(wǎng)絡(luò)，通過變發(fā)射信號的相位來進行模擬波束賦形，相比于全數(shù)字波束賦形需要給每一根線配置一條 RF 鏈，大大減小了系統(tǒng)的開銷和硬件成本。令 1RFN ，接收端的號可以表示為：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(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：2661794