面向5G移动通信的混合波束赋形相控阵系统及关键技术研究

发布时间：2024-06-03 06:42

　　随着无线通信技术的快速发展,第五代(5th-Generation,5G)通信技术已成为全球性研究热点。相比于前几代的移动通信网络,5G通信系统主要有三大方面的性能提升,包括极高的速率、极大的容量(达到10Gbps峰值速率)以及极低的时延。在5G通信系统中,具有超大规模天线阵列的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统引起了学界和产业界的广泛关注。为了提高信噪比和获得更好的信号覆盖,采用波束赋形预编码技术的大规模MIMO天线阵列被认为是最具有发展前景的5G技术方向之一。为了大幅降低通信系统的总功耗和总成本,基于高精度相控阵列的混合波束赋形通信系统为大规模MIMO天线阵列的实际商用提供了可能性。在混合波束赋形架构下,基于相控阵列的大规模MIMO收发系统硬件实现面临许多挑战亟待解决。本文的研究面向混合波束赋形大规模MIMO收发系统的设计,解决了多个相关的技术难题,研制了多个用于5G混合波束赋形的宽带高性能MIMO收发系统以及高精度相控阵列。经过测试表明,研制的收发系统取得了良好的实践效果。本课题主要的研究内容以及创新点如下所述:(1)针对...

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图2-1N×2MIMO收发系统信道模型图

MIMO技术作为大规模收发阵列的热点研究方向[8],可以灵活的调配系统资源保证在不同信道环境下的高性能通信传输。如图2-1所示,对于一个N×2MIMO收发系统,如果发射机从N个不同的天线发送N个数据流,则系统会对其进行预编码,形成空分复用。这种情况一般应用在具有良好信道环境,干....

图2-2OFDM载波格式和信道带宽示意图

其中,ks和k0分别是Rotman透镜基板介电材料中和空气中的波数,bij是两个天线之间的相位差。实际使用中,不可能使得所有波束端口同时满足式(2.1)[17]。设计Rotman透镜的实用方法通常是在波束端口轮廓上只选取三个完美的焦点,而波束端口轮廓成为一个圆形的焦点弧,可以保证....

图2-3基于Rotman透镜的模拟多波束系统架构

大规模MIMO技术是实现5G移动通信极高的速率需求和频谱效率要求的一种很有前景的手段[23]。为了充分利用大规模MIMO系统的全部潜力,可以使用全数字波束赋形架构,其中所有的信号处理工作都在基带频率下完成,再上变频至射频频段进行信号传输[24][25]。全数字波束赋形构架具有紧凑....

图2-4全数字波束赋形系统架构示意图

为了充分利用大规模MIMO阵列带来的增益优势,并且尽量降低整个通信系统的成本和功耗。一种基于混合数字模拟波束赋形架构的大规模MIMO系统近年来受到了极大的关注[28]。在这种结构中,系统的预编码处理被拆分成数字域预编码以及模拟域预编码,其中数字域波束赋形可以在基带频率下通过FPG....

本文编号：3988331