基于Massive MIMO的混合预编码方案设计

摘要

移动通信系统在当今社会中有着至关重要的作用，伴随着电子工艺水平的发展和各种新业务的兴起，人们对下一代通信系统的频谱效率和能量效率提出了越来越严格的要求，作为下一代通信系统关键技术的Massive MIMO技术和毫米波技术，能够在频谱利用率和频谱资源方面为系统带来巨大的性能提升，成为了现阶段通信领域的热点研究方向，受到了研究者和工程师的广泛关注。本论文主要研究了Massive MIMO系统，针对传统全数字预编码方案所需射频链路数量较多而造成系统实现成本、能量消耗和运算复杂度较高的问题，研究了相应的混合预编码方案。本论文的主要工作如下： (1)研究了单用户的Massive MIMO系统，针对该系统提出了一种在系统收发两端分别采用混合预编码器和混合合成器的方案，并且将该方案分成两级进行设计。第一级设计混合预编码器，首先通过迭代方法设计模拟预编码矩阵，然后利用它与信道信息作用生成的等效信道对数字预编码部分进行设计，最后在混合预编码器的基础上设计第二级的混合合成器，从而使系统频谱效率最大化。 (2)研究了瑞利衰落信道下的多用户Massive MIMO系统，提出了分段设计的混合RZF预编码方案。该方案在充分考虑信道噪声、用户间干扰和系统结构的基础上，分别对预编码器的模拟部分和数字部分进行了优化设计。首先结合MRT和RZF预编码分段设计方案中的模拟部分，然后根据等效信道在方案中的数字部分利用RZF预编码进行处理。采用分级设计的方法，有效地减少了系统所需射频链路的数量，同时能够降低数字基带处理部分的维度。 (3)研究了毫米波信道下的多用户Massive MIMO系统，考虑用户设备上安装了多天线的情况，为了减少系统所需射频链路的数量，同时为了减小用户终端的设计难度，提出了一种在基站端采用混合预编码器，在用户端只采用模拟合成器接收的方案。方案充分考虑了毫米波信道的特性，分别根据系统收发两端的天线阵列响应矢量设计模拟预编码矩阵和模拟合成矩阵，然后根据生成的有效信道矩阵，在基带部分设计低维的数字预编码矩阵，从而消除系统中噪声和用户间干扰的影响。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 5G通信系统概述

1.2Massive MIMO技术概述及其研究现状

1.4 本论文主要内容及章节安排

第二章Massive MIMO系统传输模型和预编码理论基础

2.1毫米波Massive MIMO系统

2.2 预编码理论基础

2.3 预编码体系结构

2.4 本章小结

第三章单用户的Massive MIMO混合预编码方案设计

3.1 引言

3.2 系统模型

3.3 基于OMP的混合预编码方案

3.4 所提混合预编码方案设计

3.5 仿真结果与分析

3.6 本章小结

第四章瑞利信道下的多用户Massive MIMO混合预编码方案设计

4.1 引言

4.2 系统传输模型

4.3 基于RZF的混合预编码方案设计

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章毫米波信道下的多用户Massive MIMO混合预编码方案设计

5.1 引言

5.2 系统模型

5.3 方案设计流程描述

5.4 仿真结果与分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文研究工作总结

6.2 未来研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果