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毫米波MIMO中混合预编码技术的研究

于彦彦  
【摘要】:目前针对5G技术的研究正如火如荼,未来无线通信的目标是提供更高的传输速率,更大的信道容量来满足万物互联的通信需求。然而在传统的低频频谱上实现这一目标并不现实,因此,需要在高频段的毫米波上进行扩展。将毫米波和大规模MIMO相结合的技术是5G研究的一个方向。其中混合预编码技术是毫米波MIMO系统中重要的信号处理的方法,它能够抵抗多径衰落,减少数据流之间的干扰,从而提高频谱效率。本文首先基于全连接结构的基础上,提出了一种基于迭代最小的混合预编码方法。以提高频谱效率为目标,将混合预编码器的设计转换为无约束的最优化预编码矩阵和混合预编码矩阵的欧几里得距离问题,通过对数字预编码器实施正交约束,将数字预编码和模拟预编码矩阵分离开,然后通过循环迭代求得近似最优的混合预编码矩阵。为了进一步降低系统的复杂度,在全连接结构的基础上,提出了一种部分连接结构,首先利用连续干扰消除的思想,将复杂的信道容量的求解问题转换为独立的子容量问题,以求得整个系统的最大信道容量。然后,在此基础上提出了一种新的基于发送和接收的迫零预编码算法,仿真结果表明,所提出的混合预编码算法能最大程度的接近全连接结构的预编码算法,且复杂度大大降低。针对毫米波MIMO系统,提出了一种新型天线阵列结构—混合连接结构,即每个射频链连接一个天线子阵,每个天线子阵内部是全连接结构,然后针对这种混合连接结构,进行设计混合预编码器。仿真结果表明,混合连接结构的频谱效率介于部分连接结构和全连接结构之间。混合连接结构既降低了全连接结构的复杂度,也进一步提高了部分连接结构的系统性能。


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