隨著無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的急速增長以及數(shù)據(jù)形式的多元化趨勢,人們對通信傳輸速率和通信質(zhì)量不斷地提出了更高的要求。但是,頻譜資源的稀缺特性已越來越成為制約無線通信發(fā)展的關(guān)鍵因素。為了解決現(xiàn)有頻譜資源短缺的問題,毫米波通信和大規(guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO,Massive Multiple Input Multiple Output)系統(tǒng)被提出,并被推薦進入 5G 移動標(biāo)準(zhǔn)中。一方面,毫米波通信的可用帶寬范圍更廣,從而能夠帶來更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另一方面,由于毫米波通信下天線物理尺寸很小,使得大型天線陣列可以集成到收發(fā)器中,以有效彌補毫米波通信帶來的路徑損耗。因此,毫米波通信與大規(guī)模MIMO技術(shù)被看做是第五代移動通信系統(tǒng)的核心解決方案之一。本文主要圍繞毫米波多輸入多輸出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)系統(tǒng)下的混合預(yù)編碼設(shè)計以及能量效率問題開展技術(shù)研究。論文主要針對毫米波MIMO點對點通信系統(tǒng),提出了一種基于截斷SVD分解的低復(fù)雜度混合預(yù)編碼算法;以及在該系統(tǒng)下,針對能量效率問題,提出了一種在功率消耗和頻譜效率中取得平衡的模擬預(yù)編碼器混合連接結(jié)構(gòu)。本文主要工作如下:首先,本文介紹了毫米波MIMO系統(tǒng)的研究背景以及毫米波通信特點,并簡要介紹了毫米波MIMO系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,分析現(xiàn)有毫米波通信中存在的問題并提供解決方法。其次,本文詳細(xì)介紹了 MIMO系統(tǒng)以及毫米波系統(tǒng),并對傳統(tǒng)的預(yù)編碼方法做了簡單的介紹,其中包括臟紙編碼及迫零預(yù)編碼等。之后介紹了傳統(tǒng)通信頻段中常用的數(shù)字預(yù)編碼技術(shù)及模擬預(yù)編碼技術(shù)。由于二者在毫米波MIMO系統(tǒng)模型下的應(yīng)用受限,至此引出更適用于該系統(tǒng)的混合預(yù)編碼方法并加以介紹。再次,論文研究了在毫米波MIMO點對點通信系統(tǒng)下的混合預(yù)編碼設(shè)計問題。由于現(xiàn)有的混合預(yù)編碼方法復(fù)雜度較高,因此實有必要找到一種混合預(yù)編碼方法,以降低實際應(yīng)用的復(fù)雜度。本文以極大化頻譜效率為優(yōu)化目標(biāo)進行混合預(yù)編碼的設(shè)計。由于該優(yōu)化目標(biāo)具有非凸性,因此進一步將該優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為模擬預(yù)編碼器生成的子空間與全數(shù)字預(yù)編碼器生成的子空間距離最小。在此基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于截斷SVD分解的低復(fù)雜度混合預(yù)編碼算法,并從原理上分析和證明了該算法的有效性,且通過計算表明該方法在一定情況下,其復(fù)雜度僅有正交匹配追蹤算法的1%。通過仿真表明,該方法的頻譜效率在任何情況下都與全數(shù)字最優(yōu)預(yù)編碼器的頻譜效率相近,且優(yōu)于正交匹配追蹤算法。最后,本文研究了在毫米波MIMO點對點通信系統(tǒng)下的模擬預(yù)編碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。基于此,本文提出了一種規(guī)則的模擬預(yù)編碼器混合連接結(jié)構(gòu)�；谠摻Y(jié)構(gòu),可以將全連接結(jié)構(gòu)和部分連接結(jié)構(gòu)看作是其特例,因此可以把對混合連接結(jié)構(gòu)的分析推廣到全連接結(jié)構(gòu)和部分連接結(jié)構(gòu)中去。此外,該結(jié)構(gòu)還具有可便于實現(xiàn)分布式天線陣列系統(tǒng)的優(yōu)點。仿真結(jié)果表明,該混合結(jié)構(gòu)的頻譜效率介于全連接結(jié)構(gòu)和部分連接結(jié)構(gòu)之間,但由于減少了移相網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模,與全連接相比,極大的提升了系統(tǒng)能量效率。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

毫米波頻段相結(jié)合使用。逡逑１．２毫米波通信特點及傳輸特性逡逑如圖１．２所示為毫米波頻率劃分圖。毫米波通信的概念是指無線通信系統(tǒng)利用毫米波頻逡逑段作為載波以實現(xiàn)信息的傳遞。與傳統(tǒng)的低于６ＧＨｚ日趨緊張的通信頻段相比，毫米波頻段逡逑具有更多尚未被開發(fā)利用且連續(xù)的頻帶資源，這使得毫米波通信可以提供高速的數(shù)據(jù)傳輸服逡逑務(wù)。逡逑２逡逑

２．１．１邋ＭＩＭＯ邋系統(tǒng)逡逑ＭＩＭＯ系統(tǒng)指的是通過在收發(fā)兩端配備多根天線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)囊环N技術(shù)手段，如逡逑圖２．１所示為ＭＩＭＯ系統(tǒng)示意圖。ＭＩＭＯ技術(shù)的提出，使得通信域不再僅限在時間域和頻率逡逑域中，而是擴展到了可利用度更高的空間域，從而使得通信信道能夠有效利用復(fù)用X椧妗⒄簀義狹性鲆嫻燃際趵刺嶸低車鈉燈仔始敖郵招藕徘慷�。辶x先潰懾義希蓿沖紊伲沖義賢跡玻卞澹停桑停舷低襯Ｐ灣義希停桑停霞際踝魑尷叩繽ㄐ偶際醯氖侄沃唬壕τ迷諏隋澹祝桑疲傘ⅲ蹋裕諾炔煌牧煊頡ｅ義隙撩撞ǎ停桑停霞際跏竊讜校停桑停舷低郴∩�，通过灾o輾⒘蕉瞬渴鶇蠊婺５奶煜噠罅校義希跺義

本文編號：2821805