面向无人机毫米波通信的混合波束成形技术研究

发布时间：2020-04-30 10:25

【摘要】：随着现代社会对通信服务需求的迅速增长,无人机毫米波通信因灵活性高、安全性强、带宽大等优点受到越来越多的关注,成为5G通信中无缝覆盖问题的重要解决方案。研究表明,阵列天线技术可以产生具有较大增益的窄波束,从而克服毫米波无线传播过程中面临的巨大损耗。传统的多天线系统的波束成形技术是基于全数字编码方式在基带中实现的。虽然全数字系统具有灵活性高、波束增益强的优点,但是其昂贵的成本与较大的能耗使得该方法在无人机毫米波通信系统中面临巨大的限制。针对这一问题,本文拟采用混合编码技术产生与全数字形式近似的混合编码向量,从而减少成本与能量的消耗。本文的主要研究内容如下:1.针对毫米波的稀疏特性,本文将混合波束成形问题转化为稀疏矩阵的重构问题,分别引入正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit,OMP),梯度追踪算法(Gradient Pursuit,GP)和贪婪几何算法(greedy geometric,GG)进行迭代运算。仿真表明,GG算法具有最佳的迭代效率而GP算法的复杂度最低。2.针对毫米波阵元间距较小造成的互耦问题,本文首先研究了互耦效应的产生机理,对互耦效应下的波束畸变情况进行了探究,随后建立互耦效应等效信道模型,最后根据该模型进行波束的混合预编码设计,有效改善了波束畸变带来的通信速率损失。3.针对无人机毫米波通信过程中受到风速、机体振动等因素的影响造成的波束周期性抖动问题,本文首先基于设定的通信场景建立了等效信道模型,随后根据该信道模型计算得到理想的波束编码向量,最后利用稀疏重构算法进行混合编码分解,从而得到能够解决上述问题的近似理想波束设计方案。仿真表明,本文提出的基于混合波束成形系统的波束编码设计方案能够有效解决以上实际问题,提高了无人机毫米波通信性能。除此之外,本文还探究了不同波束形状的在增益、稳健性、抗干扰方面的性能,为未来研究者解决相关问题奠定了基础。
【图文】：

单无人机毫米波通信场景

图 1.2 机群网络架构下的无人机毫米波通信场景为无人机群的基本网络框架，无人机群在无线通信领域中的典型覆盖。无人机平台具有灵活性高的优点，在自然灾害造成基础站过载状况中能够承担临时基站的作用，，从而协助现有的通信盖。通信。在复杂的电磁环境下，无人机群可以为地面用户提供可靠
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TN928

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本文编号：2645668