毫米波Massive MIMO中波束赋形技术研究

发布时间：2023-04-17 02:13

　　毫米波通信和Massive MIMO技术是第五代移动通信系统的关键技术,能够有效地提升系统的频谱效率和能量效率。在二者结合的毫米波Massive MIMO系统中,波束赋形技术是其重要环节。与传统MIMO系统相比,毫米波Massive MIMO系统中天线的数量将大幅度增加,导致原有的波束赋形算法的复杂度过高而难以实现。为此,本文围绕毫米波Massive MIMO中的波束赋形技术展开研究,主要研究内容和贡献如下。(1)为了提升毫米波Massive MIMO系统的频谱效率,针对数模混合结构,本章以模拟预编码矩阵中元素的相位作为变量来设计模拟预编码矩阵,提出了收发解耦的混合预编码算法。对于全连接结构,首先利用粒子群算法对模拟预编码矩阵中元素的相位进行逐列求解,并通过最小二乘方法设计数字预编码矩阵,然后迭代优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵以提升算法的性能。对于部分连接结构,利用模拟预编码矩阵中每一列都有很多零元素的特点,将混合预编码的目标函数按块转化成一系列子优化问题,分别是最小化最优预编码矩阵的一个子矩阵和模拟预编码矩阵一个子矩阵与数字预编码的一行的乘积之间的欧氏距离,并利用粒子群算法和最小...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 波束赋形技术研究现状及面临的挑战
        1.2.1 研究现状
        1.2.2 面临的挑战
    1.3 论文的主要内容及章节安排
第二章 收发解耦的混合预编码算法
    2.1 引言
    2.2 系统模型及相应的优化问题
        2.2.1 系统模型
        2.2.2 信道模型
        2.2.3 优化问题
    2.3 基于粒子群的混合预编码算法
        2.3.1 PSO算法介绍
        2.3.2 全连接结构的混合预编码设计方法
        2.3.3 部分连接结构的混合预编码设计方法
        2.3.4 复杂度分析
    2.4 仿真结果及分析
        2.4.1 理想情况下的性能分析
        2.4.2 非理想情况下的性能分析
    2.5 本章小结
第三章 收发联合的混合预编码算法
    3.1 引言
    3.2 系统模型及相应的优化问题
        3.2.1 系统模型
        3.2.2 优化问题
    3.3 数字部分和模拟部分的设计
    3.4 基于启发式的混合预编码算法
        3.4.1 坐标下降法
        3.4.2 相位提取法
        3.4.3 复杂度分析
    3.5 基于码本的混合预编码算法
        3.5.1 基于DFT正交码本的混合预编码算法
        3.5.2 复杂度分析
    3.6 仿真结果及分析
        3.6.1 理想情况下的性能分析
        3.6.2 非理想情况下的性能分析
    3.7 本章小结
第四章 基于波束重叠的快速搜索方案
    4.1 引言
    4.2 系统模型及相应的优化问题
        4.2.1 系统模型
        4.2.2 优化问题
    4.3 现有搜索方案的性能分析
        4.3.1 现有搜索方案的介绍
        4.3.2 SUE,IRE和FE的物理意义
        4.3.3 不同搜索方案的SUE、IRE和FE分析
    4.4 LoS场景中基于波束重叠的搜索方案
        4.4.1 编码方案分析
        4.4.2 目标波束的设计
        4.4.3 训练波束和搜索方案的设计
        4.4.4 所提方案的SUE、IRE和FE分析
        4.4.5 不同搜索方案的复杂度分析
    4.5 NLoS场景中基于波束重叠的搜索方案
    4.6 仿真结果及分析
        4.6.1 目标波束和训练波束仿真结果
        4.6.2 搜索成功率
    4.7 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 未来工作展望
参考文献
致谢
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本文编号：3792357