基于多用户多天线的毫米波大规模MIMO预编码技术研究

【摘要】：目前第五代无线移动通信的研究热点主要集中在毫米波大规模多输入多输出(mmWave massive,MIMO)技术。毫米波以极短的波长可以将大量的天线阵列封装在很小的尺寸上,而MIMO技术可以在有效克服毫米波在自由空间中的链路损耗问题的同时为多个用户提供服务,并大幅提升系统的信道容量和频谱效率;所以二者的结合成为一种必然。在毫米波大规模MIMO系统的研究中,混合预编码技术以其卓越的频谱效率提升和可靠性能获得了人们的青睐。但是目前毫米波大规模MIMO系统中的混合预编码存在高实施成本和高计算复杂度的缺点,而且缺乏关于多用户多接收天线的混合预编码研究,也无法解决用户间和用户内的干扰问题。为此本文主要针对毫米波大规模多用户MIMO系统的下行链路,展开研究并提出了一种低复杂度的多用户多接收天线的混合块对角化预编码及合并(MU-HBD)方案。并针对多用户毫米波信道下分别使用均匀线性阵列和均匀平面阵列的性能展开了分析,与现存传统的SVD、BD、MMSE、混合MMSE、MRT、ZF以及PZF混合预编码算法进行了仿真对比,仿真结果表明它可以同时支持多数据流传输和用户端多天线接收,克服了低信噪比下性能不佳的缺点,并在高信噪比时保证系统性能,且具有更低的实施成本和计算复杂度。尽管如此,上述算法仍然需要使用海量的移相器,造成的硬件实施成本代价高昂。为了进一步降低所提算法的硬件实施成本,本文进一步研究了毫米波大规模多用户MIMO系统下基于分离式子连接结构的混合预编码及合并算法,详细介绍了所使用的子连接结构模型并推导了分离式子连接结构下模拟RF预编码的公式。仿真结果表明该算法在大规模MIMO场景下拥有更好的性能,且使用的射频链路数和移相器数成倍减少,非常有望应用于未来实际实现。