面向高速移动平台的毫米波波束成形与波束追踪技术研究

【摘要】：毫米波因具有高频点、带宽大等特性被国际电信联盟(ITU,International Telecommunication Union)定义为第五代移动通信候选频段。同时无人机作为第五代移动通信典型业务场景已被广泛地应用在民用市场。因此本论文主要研究面向第五代移动通信的无人机平台毫米波频段通信相关问题。本论文的贡献点主要体现在三个方面:1)针对大规模阵列天线混合波束成形中预编码矩阵求解复杂度高、开销大的问题,探索毫米波信道传输稀疏特性,提出毫米波信道稀疏度表征方法。结合压缩感知技术提出基于正交匹配追踪的波束成形算法,对混合预编码矩阵进行降维处理,以降低其求解复杂度。仿真验证混合预编码矩阵求解的复杂度由发射天线个数平方的同阶量O(Nt2)降低至发射端射频链的同阶量O(NtRF);2)针对提高不同移动状态下无人机波束成形的鲁棒性问题,提出基于无人机移动状态运动参数可观测的卡尔曼滤波迭代修正算法,提升无人机毫米波频段波束追踪性能。仿真结果验证与传统低频段波束追踪算法相比,所提出的基于卡尔曼滤波的毫米波波束追踪算法可有效降低算法开销度至O(alog(△t)、追踪误差度至E(σ2);3)针对毫米波频段空中无人机多机群通信系统容量提升的难题,提出动态迭代的波束和功率分配方法,降低波束间干扰对系统容量的影响。仿真结果验证与传统的单一分配机制相比,波束与功率联合迭代式分配方法可有效提高无人机群频谱效率至50%。