大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）技術(shù)和毫米波（Millimeter Wave,mm Wave）通信作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)（5thGeneration Mobile Network,5G）的兩個關(guān)鍵技術(shù),二者的結(jié)合能夠有效的提升系統(tǒng)的容量。而混合波束賦形（Hybrid Beamforming,HBF）是促進(jìn)兩者在5G系統(tǒng)中實際應(yīng)用的核心技術(shù)。鑒于此,本文研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的HBF技術(shù),不僅提出了能量效率更優(yōu)的HBF架構(gòu),同時針對不同的大規(guī)模MIMO場景設(shè)計了有效的HBF算法。由于HBF算法的設(shè)計需要用到信道狀態(tài)信息（Channel State Information,CSI）,本文還研究了基于 HBF 的mm Wave MIMO系統(tǒng)下的信道估計技術(shù)。本文主要的貢獻(xiàn)如下:（1）綜合考慮系統(tǒng)的頻譜效率、能量效率、實現(xiàn)復(fù)雜度以及硬件消耗四個因素,本文提出了新型混合連接的HBF架構(gòu)。同時,基于該架構(gòu),本文設(shè)計了單用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的HBF算法。由于全連接和部分連接架構(gòu)是混合連接HBF架構(gòu)的兩種特殊形式,提出的HBF算法同樣... 

【文章來源】：北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１?５Ｇ與４Ｇ關(guān)鍵性能對比［３］??如圖１－１所示，ＩＴＵ在對ＩＭＴ－２０２０的未來發(fā)展的總體目標(biāo)規(guī)劃中定義了八??個關(guān)鍵性能指標(biāo)來描述５Ｇ的性能

并依據(jù)頻譜效率的計算公式，把數(shù)字和模擬編碼矩陣的設(shè)計轉(zhuǎn)化為求解??最大頻譜效率的優(yōu)化問題。再者，利用ＳＩＣ的思想給出了不同數(shù)據(jù)流分配方式下??的模擬無約束混合編碼矩陣求解過程，并以此為基礎(chǔ)提出了單用戶大規(guī)模ＭＩＭＯ??系統(tǒng)下適用于不同ＨＢＦ架構(gòu)的數(shù)字和模擬編碼矩陣設(shè)計算法。最后，通過仿真??驗證提出算法的有效性。??第三章：研究了多用戶大規(guī)模ＭＩＭＯ系統(tǒng)下的ＨＢＦ技術(shù)。首先，以ＢＳ端??采用ＨＢＦ架構(gòu)，用戶端只包含一個射頻鏈路為背景，建立了多用戶大規(guī)模ＭＩＭＯ??系統(tǒng)模型。其次，考慮到根據(jù)頻譜效率最大化來聯(lián)合設(shè)計數(shù)字和模擬編碼矩陣非??常困難，提出了以ＳＬＮＲ最大化為準(zhǔn)則來設(shè)計數(shù)字和模擬編碼矩陣。該方案首先??對數(shù)字和模擬編碼矩陣進(jìn)行解耦，然后分別根據(jù)收發(fā)端射頻鏈路增益最大化和??ＳＬＮＲ最大化來設(shè)計數(shù)字和模擬編碼矩陣。接下來，本章對采用提出ＨＢＦ算法??的多用戶大規(guī)模ＭＩＭＯ系統(tǒng)的漸近性能以及算法對信道估計誤差的魯棒性進(jìn)行??了分析。最后，通過仿真對提出ＨＢＦ算法和理論分析的結(jié)果進(jìn)行驗證。??第四章：研究了多用戶ＭＩＭＯ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)下的ＨＢＦ技術(shù)。首先，建立收發(fā)??端都采用全連接ＨＢＦ架構(gòu)的多用戶ＭＩＭＯ－ＯＦＤＭ系統(tǒng)模型。其次，對采用ＨＢＦ??

??２．２系統(tǒng)模型??本文提出的混合連接的ＨＢＦ架構(gòu)如圖２－１所示，發(fā)送端包含Ｄ個子陣，每??個子陣連接的射頻鏈路數(shù)目為對應(yīng)的天線陣元的數(shù)目為＃，總的天線數(shù)目為??Ｍ＝￡Ｗ。發(fā)送端發(fā)送％個數(shù)據(jù)流到接收端，接收端的天線數(shù)目為?假定發(fā)??送端的射頻鏈路的數(shù)目滿足Ｍ?Ｓ?ＳＤ?ｇ?。??如圖２－１所示，在發(fā)送端％個數(shù)據(jù)流首先通過ＤＢＦ矩陣ＦＢ映射到不同的射??頻鏈路上，然后通過ＡＢＦ矩陣ＦＲ把不同射頻鏈路上的數(shù)據(jù)流映射到相應(yīng)的子陣??陣元上。其中，＾和＾分別是維度為ＳＤｘ％和ＷＳＤ的矩陣。由于射頻端的移??向器網(wǎng)絡(luò)主要是由模擬移向器實現(xiàn)，因此矩陣ＦＲ的元素需要滿足恒定模值約束??｜ｆｒ（Ｕ）｜?＝?ｉ／Ｖ＾。從而，接收端接收到的信號向量ｙ＝［ｙｐｙ２，…，ｙＡＶ］Ｔ可以表示為??ｙ?＝?■Ｎ／ｐＨＦＲＦＢｓ?＋?ｎ?＝?＾Ｊ￣ｐＨ￥ｓ?＋?ｎ?（２－１）??上式中Ｐ表示平均接收功率


本文編號：2955543