基于毫米波信道测量、建模的波束训练优化研究

发布时间：2020-11-21 22:12

　　 毫米波作为5G网络的关键技术之一,能够提供充足的频谱资源来满足日益增长的数据速率需求。然而,由于其频率高,路径损耗大,易被障碍物阻挡等特性,基站需部署大规模天线阵列并利用波束赋形技术来补偿传播损耗。这要求基站与接收端能够快速精准地找到波束赋形的最优波束对来进行数据传输。目前的波束训练协议,也就是分层波束训练,主要用于无线个域网和无线局域网中。尽管这种方法简单易操作,但由于收发两端要向所有方向发送训练序列来获得最优波束对,导致仅训练阶段的时间开销就非常大,无法满足5G对低时延的要求。因此,本论文提出半离线分层搜索法,即通过前期信道测量、建模工作获得部分信道数据存于数据库,然后利用已知信道信息进行波束训练。论文主要工作包括:1.为了获取信道数据,学习研究Keysight信道测量系统和测量仪器的使用方法,并对室外毫米波信道测量进行规划,构建视距(Line-of-Sight,LOS)与非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)测量场景,确定外场测试的系统参数。2.根据前期制定的信道测量方案,在39 GHz频段对室外住宅区进行测量。通过测量仪器获取真实信道数据后,计算信道冲击响应并提取信道特征参数,利用数据处理方法得到LOS场景下的功率时延角度分布和NLOS场景下的功率时延分布、功率角度分布和功率时延角度分布,并依据计算结果对路径损耗、时延扩展和角度扩展进行建模。3.通过信道测量、建模得到部分信道数据后,将其作为先验信息来优化传统分层搜索法。归纳穷搜法和传统搜索法的优缺点,并通过仿真验证所提方案的优势。为了进一步阐述所提方法的可行性,论文引入软件定义网络与移动边缘计算系统,用泊松点过程对室外小区场景进行统计性分析。最终对系统网络的吞吐量进行仿真,证明半离线分层搜索法可以降低系统时延,提高网络吞吐量。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

屯人学Ｔ．程硕．Ｌ学位论Ｘ?研究现状??毫米波ＭＩＭＯ信道测量??道是基于几何统计理论，根据时延、发射功率、多普勒频移，发射到达角数的多径作用生成。信道的每条径包含很多子径，如图卜１所示。信道测究人员探索新频谱的必备工作。由于要在高频段进行宽带信道测量，因统的各个部分都有严格的耍求，如采样率、示波器的存储和实时处理能力模转换器、放大器和混频器的线性性能等。测量项目通常只能测得对应场

一，二。??目前，室内室外的射线追踪建模方法正逐渐引起学术界的兴趣［９Ｈ１Ｑ］。文献［１１］提??出使用扫描测量来量化射线追踪器的精度，它可以用来产生信道预测值来缩小测量??样本中的误差。文献中，作者使用射线追踪法分析信道参数子集，然后用实测数据??进行完善。这种混合方法很好的平衡了复杂度和准确度。??１．２．３毫米波下的波束对齐??为了解决毫米波频段下严重的功率损耗问题，毫米波系统在收发端布置大规模??天线阵列并运用波束赋形进行定向传输。但在定向传输过程中，由于较大的路径损??耗和反射、折射损耗，如果收发端没有进行波束对齐，则会很大程度上降低波束赋??形带来的增益。因此如图１－２所示，基站端和用户设备端的收发波束必须能够自适应??的定向和对齐。论文［１２］、［１３］和［１４］在假设能够获得完美信道信息的前提下，提出??了一些优化的混合模拟和数字ＢＳ／ＵＥ波束赋形方案，但受限于不同的硬件资源。其??次，考虑到布置的大规模天线阵列，毫米波通信中的信道估计难以实现且非常耗时。??因此需要更有效的波束对齐方法。??相移器ｎ

Ｅｄｇｅ?Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，?ＭＥＣ）和软件定义网络（Ｓｏｆｔｗａｒｅ?Ｄｅｆｉｎｅｄ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，?ＳＤＮ）两种技术??来管理处理后的实测数据，快速地响应小区内的切换任务，大幅度地降低系统时延。??本文设计的ＳＤＮ＆ＭＥＣ系统框架如图１－３所示。??＾?４ＤＮ控賴一＾￣：」??，?Ｊ?＇?Ｏｐｅｎｆｌｏｗ?—＊＊＊－’??＾?＾??Ｈ?＾?４ｉ；??图１－３?ＳＤＮ＆ＭＥＣ系统框架??（１）移动边缘计算??在过去的几年中，移动设备的普及和互联网流量的指数增长不断推动着无线通??信的更新换代。特别是，在下一代通信系统中，微蜂窝网络、多天线和毫米波通信??有望为用户提供千兆无线接入服务。高速高可靠性的空中接口使得移动设备的计算??服务在远端的ｚ？数据中心进行，从而形成了移动石计算（Ｍｏｂｉｌｅ?Ｃｌｏｕｄ?Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，??ＭＣＣ）研究领域。但是，ＭＣＣ存在固有的局限性，也就是终端用户与远端云中心??传播距离过长，将给移动应用带来过长的时延。因此ＭＣＣ不适用于广泛存在的时??延敏感应用。ＭＥＣ的概念最先在２０１４年由ＥＴＳＩ所提山，其定义为在无线接入网络??（Ｒａｄｉｏ?Ａｃｃｅｓｓ?Ｎｅｔｗｏｒｋ．?ＲＡＮ）中向移动用户提供ＩＴ和云计算服务［２３】。ＭＥＣ基于虚??拟化平台实现
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本文编号：2893677