面向CRAHNs网络的大规模MIMO发射波束成形技术研究

摘要

近年来，为了提高频谱利用率、通信的可靠性、组网的灵活性，研究人员对认知无线电Ad Hoc网络（CRAHNs）进行了深入研究。其中频点频繁切换造成的主用户干扰、节点广播带来的能量消耗以及节点间多径效应引起的通信可靠性下降等问题是该领域内研究的焦点。为此，通过引入大规模多入多出（Massive MIMO）技术，利用多天线带来的空间自由度来改善CRAHNs网络中的性能问题。本文主要研究基于CRAHNs网络的Massive MIMO发射端波束成形技术。 （1）仿真并分析了在宽带信号通信场景下应用传统窄带波束成形技术时，由于子带频率不匹配引起波束方向图的失配，从而导致的用户间干扰加剧，通信性能下降的问题。并基于OFDM宽带通信系统，提出了一种应用于发射端的频域宽带波束成形算法。该算法在频域上对信号的相位和幅度做预补偿处理，以抵消多天线发射带来的接收端信号相位和幅度的畸变。利用计算机仿真，对比了所提出算法与传统波束成形算法在宽带场景下的误码率性能。验证了所提出的算法能够在信噪比和天线数量一定时显著地降低接收端误码率。 （2）分析了影响天线阵列半功率波束宽度（HPBW）的参数变量。为了定量对阵列的HPBW进行分析，推导了一组用来估算任意排布、任意加权直线阵列的HPBW估计表达式，并结合计算机仿真对比了该估计表达式结果与真实值在不同阵元数量和间距情况下的变化。为了解决宽带场景下的主瓣波束展宽的问题，提出了一种最优旁瓣电平的波瓣束宽波束成形算法，通过构建最优化模型，利用梯度下降迭代的方法解得一组阵列加权向量，在频率失配的情况下也能够约束主瓣波束宽度，并有效地抑制旁瓣电平。 （3）针对CRAHNs网络的节点多样性和节点安装多天线时物理空间的限制等问题，仿真分析了传统的均匀直线阵列、圆形阵列、矩形平面阵天线阵列的波束方向图，并提出一种三维的球面均匀分布半球形天线阵列。推导了该阵列的阵列因子，并仿真对比了所提出阵列与投影均匀分布半球形阵列的波束方向图。发现在球半径为3倍波长的物理空间内，球面均匀分布半球形阵列能够多部署77%的天线阵元，并形成宽度更窄的主波瓣，提升阵列的空间分辨率。

目录

第一个书签之前