本文關(guān)鍵詞：毫米波MIMO通信系統(tǒng)中混合型波束成形關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和移動終端的迅猛發(fā)展,移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求推動著通信技術(shù)的更新?lián)Q代。多天線技術(shù),作為提高頻譜效率和系統(tǒng)吞吐率的關(guān)鍵技術(shù),成為無線通信領(lǐng)域最活躍的部分。當前,MIMO技術(shù)的的研究熱點正從傳統(tǒng)MIMO轉(zhuǎn)移到毫米波MIMO,從二維MIMO轉(zhuǎn)移到三維MIMO,從小規(guī)模MIMO天線轉(zhuǎn)移到大規(guī)模MMO。毫米波MIMO系統(tǒng)可以充分挖掘系統(tǒng)的自由度,提高系統(tǒng)的頻譜利用率。本文將面向毫米波MIMO,探索毫米波MIMO通信系統(tǒng)中混合波束成形關(guān)鍵技術(shù)。本文的主要工作點如下：首先,本文研究了數(shù)字預編碼技術(shù)、模擬預編碼技術(shù)和基于毫米波稀疏特性的混合預編碼技術(shù)。以IEEE 802.1ad為例,分析了陣列天線基于碼本的波束訓練機制。詳細闡述共享型混合系統(tǒng)的預編碼矩陣的設(shè)計準則和設(shè)計算法。通過MATLAB仿真驗證了混合預編碼系統(tǒng)可以獲得接近于數(shù)字預編碼系統(tǒng)的性能。然后,本文研究了基于有限反饋的3D MIMO碼本設(shè)計�；谄矫娲笠�(guī)模天線陣列,本文提出了一種考慮大尺度衰落且具有δdB衰落波束覆蓋區(qū)域的3D-MIMO的直積碼本設(shè)計方法。該方法從基站覆蓋的邊緣開始,逐次計算每個碼字,直到滿足基站的覆蓋要求。隨后,對比傳統(tǒng)的DFT碼本,分析了所提碼本的特性。MATLAB仿真表明所提的垂直碼本能夠更好的匹配信道,提高了系統(tǒng)的頻譜效率。再次,本文重點研究了混合波束成形的波束訓練技術(shù)。結(jié)合毫米波系統(tǒng)的稀疏特性,基于匹配的天線陣列對的信道增益遠遠高于未匹配的天線陣列對,提出了一種低復雜度的波束搜索算法。相對于現(xiàn)有的窮舉搜索算法和逐對搜索算法,所提算法具有更低的復雜度。仿真結(jié)果表明所提算法性能上稍低于最優(yōu)的波束窮舉,優(yōu)于逐對搜索算法�？紤]到窮舉波束搜索算法巨大的運算開銷,所提算法更加容易實現(xiàn)。最后,本文研究了混合波束成形的等效信道反饋技術(shù)�；诟咚倜}動陣列和Givens旋轉(zhuǎn),提出了一種基向量矩陣壓縮方案。該方案流水化處理數(shù)據(jù),并且擴展性強。MATLAB定點仿真結(jié)果表明,該算法具有較好的穩(wěn)定性。通過毫米波無線局域網(wǎng)IEEE 802.11aj(45 GHz)的仿真平臺上進行鏈路級仿真,比較不同量化方式對系統(tǒng)性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：混合波束成形 碼本設(shè)計 波束訓練 有限反饋
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 縮略詞13-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 毫米波無線技術(shù)16-17
• 1.2.1 毫米波無線通信的特點和優(yōu)勢16
• 1.2.2 毫米波無線通信技術(shù)16-17
• 1.2.3 IEEE 802.11aj(45GHz)的研究現(xiàn)狀17
• 1.3 多天線技術(shù)17-20
• 1.3.1 毫米波MIMO技術(shù)18-19
• 1.3.2 3D MIMO技術(shù)19
• 1.3.3 大規(guī)模MIMO技術(shù)19-20
• 1.4 論文研究內(nèi)容和章節(jié)安排20-23
• 第二章 毫米波MIMO預編碼技術(shù)23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 傳統(tǒng)MIMO預編碼技術(shù)23-26
• 2.2.1 單用戶MIMO系統(tǒng)模型模型23-24
• 2.2.2 單用戶MIMO系統(tǒng)的信道容量24
• 2.2.3 單用戶MIMO系統(tǒng)的預編碼技術(shù)24-26
• 2.3 毫米波陣列天線波束訓練26-34
• 2.3.1 IEEE 802.15.3c碼本構(gòu)造26-27
• 2.3.2 IEEE 802.11ad波束訓練機制27-28
• 2.3.3 IEEE 802.11ad波束訓練幀結(jié)構(gòu)28-34
• 2.4 毫米波共享型混合預編碼技術(shù)34-38
• 2.4.1 系統(tǒng)模型34-35
• 2.4.2 稀疏信道預編碼35-37
• 2.4.3 混合波束模式仿真37-38
• 2.4.4 混合預編碼性能仿真38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于有限反饋的3D MIMO垂直碼本設(shè)計39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 系統(tǒng)模型39-41
• 3.3 垂直方向碼字設(shè)計41-45
• 3.4 碼字特性仿真45-48
• 3.5 仿真分析48-49
• 3.6 總結(jié)49-51
• 第四章 基于碼本的毫米波MIMO混合波束訓練51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 系統(tǒng)模型51-54
• 4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)51-53
• 4.2.2 信道模型53-54
• 4.3 波束搜索算法研究54-55
• 4.3.1 基于碼本的窮舉波束搜索54-55
• 4.3.2 基于碼本的逐對波束搜索算法55
• 4.4 低復雜度的波束搜索算法55-60
• 4.4.1 陣列天線匹配56-58
• 4.4.2 低復雜度的波束搜索算法58-60
• 4.5 性能仿真60-63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 第五章 基于高速脈動陣列及Givens變換的基向量矩陣壓縮裝置65-79
• 5.1 引言65-66
• 5.2 系統(tǒng)模型66-67
• 5.3 反饋機制67-69
• 5.4 基于高速脈動陣列基向量矩陣的壓縮裝置69-73
• 5.4.1 方案模塊設(shè)計69-71
• 5.4.2 方案的應(yīng)用舉例71-73
• 5.4.3 復雜度分析73
• 5.5 仿真結(jié)果73-77
• 5.5.1 運算精度的定點仿真73-75
• 5.5.2 系統(tǒng)級性能仿真75-77
• 5.6 本章小結(jié)77-79
• 第六章 總結(jié)79-81
• 6.1 本文工作總結(jié)79
• 6.2 工作展望79-81
• 致謝81-83
• 參考文獻83-89
• 作者簡介(包括論文和成果清單)89

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本文編號：939995