基于部分连接结构的毫米波大规模MIMO系统的高能效混合预编码

摘要

毫米波大规模MIMO（multiple-input multiple-output）是未来5G（5thGeneration）移动通信最有应用前景的技术之一。但是，毫米波频段射频链路功耗很高，因此，功耗成为毫米波大规模MIMO技术的主要瓶颈之一。在移动通信系统中，预编码技术不可缺少。全数字预编码在大规模MIMO系统下因功耗过高不能实现。因此，为了降低功耗，目前普遍采用混合预编码。现有的混合预编码分为全连接结构和子连接结构。全连接结构一个射频链路连接所有天线，功耗较大，性能接近最优。子连接结构每个射频链路控制一个天线子阵列，硬件的功耗会显著降低，但性能会有所损失。因此，本文针对毫米波大规模MIMO系统硬件能耗高的问题，对毫米波大规模MIMO系统的高能效低复杂度算法进行深入研究，论文的具体研究内容为： （1）为了兼顾能耗与和速率性能，提出一种介于全连接与子连接结构之间的部分连接结构混合预编码。该结构虽然移相器数量与子连接结构相比有所增加，但是和速率和能量效率性能会显著提升。 （2）基于所提出的部分连接结构，把和速率分解为多个子速率使其分别对应一个天线子阵列，然后逐一优化每一个天线子阵列所对应的子速率。 （3）针对部分连接结构混合预编码的计算复杂度高于子连接结构的问题，我们进一步提出利用部分SVD（Singular Value Decomposition）分解算法取代全局SVD分解降低计算复杂度的预编码方法，从而得到了一种高能效、低复杂度的部分连接结构混合预编码方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 毫米波大规模MIMO技术

1.3 毫米波MIMO系统中的混合预编码技术

1.4 主要研究内容与结构安排

第二章 MIMO预编码系统基本结构及信道模型

2.1 传统的全数字MIMO预编码

2.2 毫米波大规模MIMO预编码系统

2.3 信道特性分析

2.4 本章小结

第三章 基于部分连接结构的混合预编码算法

3.1 部分连接结构系统模型

3.2 基于串行干扰消除的混合预编码算法

3.3 子速率的优化问题

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于部分SVD分解和部分连接结构的低复杂度混合预编码

4.1 SVD分解基本算法

4.2 基于部分连接结构的部分SVD分解算法

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果