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(5~(th)Generation)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。