毫米波WiFi系统CSI反馈设计与混合预编码技术研究
发布时间：2020-04-02 21:23
【摘要】：随着无线通信技术的迅猛发展,人们对通信业务的质量要求不断提高。传统的无线局域网技术主要采用2.4GHz和5GHz频段,这些较低频段的频谱资源如今已趋于饱和,因此人们将目光聚焦于毫米波频段。毫米波无线通信技术在这个背景下应运而生。毫米波由于波长短,频带宽等特点,可以为用户提供更高的传输速率。因此,毫米波无线通信技术已经成为了人们广泛研究的热点。目前,针对60GHz毫米波无线通信制定的标准有IEEE802.15.3c、IEEE802.11ad等。其中,11ad标准的增强型版本IEEE802.11ay还在制定中。在11ay系统中考虑了大规模天线技术,信道绑定技术等。这些技术的引入将极大提高毫米波通信系统性能。本文针对60GHz毫米波无线通信系统中的信道状态信息反馈及混合预编码技术展开相关研究工作。论文在详细分析了IEEE802.11ad及IEEE802.11n中信道状态信息反馈方案的基础上,针对11ay系统要求及特性,设计出了一种宽带时域CSI反馈方案。提出了完整的反馈流程,并对相应帧格式进行了设计。本方案对每条路径中抽头的增益设置了一个门限值,可以将其分为有效径与无效径。我们只需反馈有效径的时延信息与增益信息。通过对需要反馈的信道信息进行时延扩展长度指示、非零径指示和非零径增益指示的三段编码方法,有效降低了系统反馈开销。本文分析比较了三种反馈方案的系统开销,相比于11n中的频域反馈方案,本方案能极大降低反馈开销。由于11ad反馈方案对反馈的抽头数的限制,本方案能够提供更加完备的信道状态信息。由于在11ay中使用了大规模天线阵列,考虑到成本和功耗的限制,使得传统的MIMO预编码技术不适用于毫米波大规模天线系统,并由此引入了混合预编码技术。本文对混合预编码设计问题进行了分析,并对正交匹配追踪混合预编码算法,一种低复杂度的混合预编码算法和交替最小化混合预编码算法等三种混合预编码算法进行了仿真实现。并且仿真比较了三种算法的系统传输速率。仿真结果表明,正交匹配追踪混合预编码算法在三种算法中性能最佳,交替最小化算法性能次之,正交匹配追踪算法性能最差。
【图文】：
２．１邋ＩＥＥＥ８０２．ｉｌ邋ａｄ邋标准概述逡逑ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ是针对６０ＧＨｚ毫米波频段所规定的标准，标准规定了四条信道，每逡逑条信道的带宽均为２．１６ＧＨｚ，如图２－１。但根据各国的不同情况，每个信道的等效全向逡逑辐射功率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ邋Ｒａｄｉａｔｅｄ邋Ｐｏｗｅｒ，邋ＥＩＲＰ）限制有所不同，美国和欧洲为４０ｄＢｍ，逡逑日本为５７ｄＢｍ。针对６０ＧＨｚ非授权频段，各国也规定各自可使用的频带范围。我国规逡逑定可利用的频带范围是５９．３ＧＨｚ－６４ＧＨｚ，而欧洲和日本所规定的可用频宽高达到９ＧＨｚ。逡逑逦▲逡逑美国和加拿大（５７．０５邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ）逡逑欧洲（５７．００邋ＧＨｚ邋－邋６６．００ＧＨｚ）逡逑逦二＾灥攀：逡逑韩国（５７．０５邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ）逡逑ｒ、“逡逑曰本邋Ｃ５７．ａ0ＧＨｚ邋－邋６６．００Ｇｆｆｃ）逡逑圃ｉ邋Ｃ５９．４0ＧＨＺ－＾＾［邋；邋ｎ「逡逑中？邋（５９．００邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ〉逡逑Ｃｈａｎｎｅｌ邋１逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋２逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋３逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋４逡逑Ｓ３邋ｊｊｓ逦２逦ａ逦ａ邋８：逡逑８邋Ｓ逦若逦Ｓ逦ａ逦Ｓ邋Ｓ逡逑ｅｇ逦ｓ逦ｓ逦ｅ逦ｓ邋ｓ逡逑Ｎ邋Ｎ逦Ｎ逦Ｎ逦Ｎ逦Ｎ邋Ｎ逡逑图２－１各国６０ＧＨｚ信道带宽划分及频谱分配逡逑相比于目前己投入应用的无线局域网标准，ＩＥＥＥ８０２．１邋ｌａｄ的理论速率达到了邋７Ｇｂｐｓ，逡逑是邋ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ邋（６００Ｍｂｐｓ）的十倍多
２．２．２．１天线极化特性逡逑在天线产生的电磁场中，电场矢量Ｅ是一个辐射方向函数（由方位角￥和高度角没逡逑确定），并且随着距离ｒ的增加而减少（以ｒ－１的速度减少），传输的Ｅ矢量如图２－３。逡逑秦＇逡逑Ｘ逡逑图２－３在远场中传输的Ｅ矢量逡逑矢量Ｅ垂直于传输方向ｋ，，并且能够被分解为两个正交分量：＆和邋＇邋分别为常量逡逑炉和常量平面，辐射信号的尽和＆描述了远场中天线的极化特性。逡逑波的极化特性可以用Ｊｏｎｅｓ邋ｃａｌｃｕｌｕｓ来描述，通常情况下，一＾ｔ＂邋Ｊｏｎｅｓ矢量是由电逡逑磁场中电场的两个分量组成，Ｊｏｎｅｓ矢量被定义为标准的二维电场矢量Ｅ。逡逑Ｊｏｎｅｓ矢量的第一个分量可能被简化为一个实数。第二个元素很复杂，定义了邋Ｅ的逡逑两个正交元素的相位差。逡逑Ｊｏｎｅｓ矢量的两个正交分量分别定义为￡９和＆。用Ｊｏｎｅｓ矢量来描述天线极化特性逡逑的例子见表２－２。逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN928
本文编号：2612461
【图文】：
２．１邋ＩＥＥＥ８０２．ｉｌ邋ａｄ邋标准概述逡逑ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ是针对６０ＧＨｚ毫米波频段所规定的标准，标准规定了四条信道，每逡逑条信道的带宽均为２．１６ＧＨｚ，如图２－１。但根据各国的不同情况，每个信道的等效全向逡逑辐射功率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ邋Ｒａｄｉａｔｅｄ邋Ｐｏｗｅｒ，邋ＥＩＲＰ）限制有所不同，美国和欧洲为４０ｄＢｍ，逡逑日本为５７ｄＢｍ。针对６０ＧＨｚ非授权频段，各国也规定各自可使用的频带范围。我国规逡逑定可利用的频带范围是５９．３ＧＨｚ－６４ＧＨｚ，而欧洲和日本所规定的可用频宽高达到９ＧＨｚ。逡逑逦▲逡逑美国和加拿大（５７．０５邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ）逡逑欧洲（５７．００邋ＧＨｚ邋－邋６６．００ＧＨｚ）逡逑逦二＾灥攀：逡逑韩国（５７．０５邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ）逡逑ｒ、“逡逑曰本邋Ｃ５７．ａ0ＧＨｚ邋－邋６６．００Ｇｆｆｃ）逡逑圃ｉ邋Ｃ５９．４0ＧＨＺ－＾＾［邋；邋ｎ「逡逑中？邋（５９．００邋ＧＨｚ邋－邋６４．００ＧＨｚ〉逡逑Ｃｈａｎｎｅｌ邋１逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋２逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋３逦Ｃｈａｎｎｅｌ邋４逡逑Ｓ３邋ｊｊｓ逦２逦ａ逦ａ邋８：逡逑８邋Ｓ逦若逦Ｓ逦ａ逦Ｓ邋Ｓ逡逑ｅｇ逦ｓ逦ｓ逦ｅ逦ｓ邋ｓ逡逑Ｎ邋Ｎ逦Ｎ逦Ｎ逦Ｎ逦Ｎ邋Ｎ逡逑图２－１各国６０ＧＨｚ信道带宽划分及频谱分配逡逑相比于目前己投入应用的无线局域网标准，ＩＥＥＥ８０２．１邋ｌａｄ的理论速率达到了邋７Ｇｂｐｓ，逡逑是邋ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ邋（６００Ｍｂｐｓ）的十倍多
２．２．２．１天线极化特性逡逑在天线产生的电磁场中，电场矢量Ｅ是一个辐射方向函数（由方位角￥和高度角没逡逑确定），并且随着距离ｒ的增加而减少（以ｒ－１的速度减少），传输的Ｅ矢量如图２－３。逡逑秦＇逡逑Ｘ逡逑图２－３在远场中传输的Ｅ矢量逡逑矢量Ｅ垂直于传输方向ｋ，，并且能够被分解为两个正交分量：＆和邋＇邋分别为常量逡逑炉和常量平面，辐射信号的尽和＆描述了远场中天线的极化特性。逡逑波的极化特性可以用Ｊｏｎｅｓ邋ｃａｌｃｕｌｕｓ来描述，通常情况下，一＾ｔ＂邋Ｊｏｎｅｓ矢量是由电逡逑磁场中电场的两个分量组成，Ｊｏｎｅｓ矢量被定义为标准的二维电场矢量Ｅ。逡逑Ｊｏｎｅｓ矢量的第一个分量可能被简化为一个实数。第二个元素很复杂，定义了邋Ｅ的逡逑两个正交元素的相位差。逡逑Ｊｏｎｅｓ矢量的两个正交分量分别定义为￡９和＆。用Ｊｏｎｅｓ矢量来描述天线极化特性逡逑的例子见表２－２。逡逑
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN928
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 彭晓明;卓兰;;60GHz毫米波无线通信技术标准综述[J];信息技术与标准化;2012年12期
2 孙超;李永杰;宋荣方;;基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道状态信息反馈方案研究[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2012年01期
3 高峰;文柳;丰雷;王晖;;Wi-Fi无线网络2.4GHz频率规划研究[J];数据通信;2011年01期
4 张一衡;崔琪楣;陶小峰;;多用户MIMO-OFDM系统低速率CSI反馈方法及信道容量分析[J];电子与信息学报;2009年09期
相关硕士学位论文 前1条
1 蔡青松;毫米波混合波束成形技术研究[D];西安电子科技大学;2015年
本文编号：2612461
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