毫米波MIMO通信系统中混合型波束成形关键技术研究

发布时间：2017-09-29 04:27

  本文关键词：毫米波MIMO通信系统中混合型波束成形关键技术研究

  更多相关文章： 混合波束成形 码本设计 波束训练 有限反馈

【摘要】：随着移动互联网和移动终端的迅猛发展,移动数据业务的需求推动着通信技术的更新换代。多天线技术,作为提高频谱效率和系统吞吐率的关键技术,成为无线通信领域最活跃的部分。当前,MIMO技术的的研究热点正从传统MIMO转移到毫米波MIMO,从二维MIMO转移到三维MIMO,从小规模MIMO天线转移到大规模MMO。毫米波MIMO系统可以充分挖掘系统的自由度,提高系统的频谱利用率。本文将面向毫米波MIMO,探索毫米波MIMO通信系统中混合波束成形关键技术。本文的主要工作点如下：首先,本文研究了数字预编码技术、模拟预编码技术和基于毫米波稀疏特性的混合预编码技术。以IEEE 802.1ad为例,分析了阵列天线基于码本的波束训练机制。详细阐述共享型混合系统的预编码矩阵的设计准则和设计算法。通过MATLAB仿真验证了混合预编码系统可以获得接近于数字预编码系统的性能。然后,本文研究了基于有限反馈的3D MIMO码本设计。基于平面大规模天线阵列,本文提出了一种考虑大尺度衰落且具有δdB衰落波束覆盖区域的3D-MIMO的直积码本设计方法。该方法从基站覆盖的边缘开始,逐次计算每个码字,直到满足基站的覆盖要求。随后,对比传统的DFT码本,分析了所提码本的特性。MATLAB仿真表明所提的垂直码本能够更好的匹配信道,提高了系统的频谱效率。再次,本文重点研究了混合波束成形的波束训练技术。结合毫米波系统的稀疏特性,基于匹配的天线阵列对的信道增益远远高于未匹配的天线阵列对,提出了一种低复杂度的波束搜索算法。相对于现有的穷举搜索算法和逐对搜索算法,所提算法具有更低的复杂度。仿真结果表明所提算法性能上稍低于最优的波束穷举,优于逐对搜索算法。考虑到穷举波束搜索算法巨大的运算开销,所提算法更加容易实现。最后,本文研究了混合波束成形的等效信道反馈技术。基于高速脉动阵列和Givens旋转,提出了一种基向量矩阵压缩方案。该方案流水化处理数据,并且扩展性强。MATLAB定点仿真结果表明,该算法具有较好的稳定性。通过毫米波无线局域网IEEE 802.11aj(45 GHz)的仿真平台上进行链路级仿真,比较不同量化方式对系统性能的影响。
【关键词】：混合波束成形 码本设计 波束训练 有限反馈
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 缩略词13-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 毫米波无线技术16-17
• 1.2.1 毫米波无线通信的特点和优势16
• 1.2.2 毫米波无线通信技术16-17
• 1.2.3 IEEE 802.11aj(45GHz)的研究现状17
• 1.3 多天线技术17-20
• 1.3.1 毫米波MIMO技术18-19
• 1.3.2 3D MIMO技术19
• 1.3.3 大规模MIMO技术19-20
• 1.4 论文研究内容和章节安排20-23
• 第二章 毫米波MIMO预编码技术23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 传统MIMO预编码技术23-26
• 2.2.1 单用户MIMO系统模型模型23-24
• 2.2.2 单用户MIMO系统的信道容量24
• 2.2.3 单用户MIMO系统的预编码技术24-26
• 2.3 毫米波阵列天线波束训练26-34
• 2.3.1 IEEE 802.15.3c码本构造26-27
• 2.3.2 IEEE 802.11ad波束训练机制27-28
• 2.3.3 IEEE 802.11ad波束训练帧结构28-34
• 2.4 毫米波共享型混合预编码技术34-38
• 2.4.1 系统模型34-35
• 2.4.2 稀疏信道预编码35-37
• 2.4.3 混合波束模式仿真37-38
• 2.4.4 混合预编码性能仿真38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 基于有限反馈的3D MIMO垂直码本设计39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 系统模型39-41
• 3.3 垂直方向码字设计41-45
• 3.4 码字特性仿真45-48
• 3.5 仿真分析48-49
• 3.6 总结49-51
• 第四章 基于码本的毫米波MIMO混合波束训练51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 系统模型51-54
• 4.2.1 系统结构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 基于码本的穷举波束搜索54-55
• 4.3.2 基于码本的逐对波束搜索算法55
• 4.4 低复杂度的波束搜索算法55-60
• 4.4.1 阵列天线匹配56-58
• 4.4.2 低复杂度的波束搜索算法58-60
• 4.5 性能仿真60-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第五章 基于高速脉动阵列及Givens变换的基向量矩阵压缩装置65-79
• 5.1 引言65-66
• 5.2 系统模型66-67
• 5.3 反馈机制67-69
• 5.4 基于高速脉动阵列基向量矩阵的压缩装置69-73
• 5.4.1 方案模块设计69-71
• 5.4.2 方案的应用举例71-73
• 5.4.3 复杂度分析73
• 5.5 仿真结果73-77
• 5.5.1 运算精度的定点仿真73-75
• 5.5.2 系统级性能仿真75-77
• 5.6 本章小结77-79
• 第六章 总结79-81
• 6.1 本文工作总结79
• 6.2 工作展望79-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 作者简介(包括论文和成果清单)89

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本文编号：939995