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毫米波大规模MIMO系统混合预编码技术研究.pdf

发布:2025-04-30约14.95万字共72页下载文档
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毫米波大规模MIMO混合预编码技术研究

摘要

随着以5G为代表的信息产业技术的飞速发展,各类电子智能设备逐渐进入人们生

活。为应对日益增长的数据传输需求以及毫米波的高能量损耗,大规模多输入多输出

(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)系统被引入。大规模MIMO利用多天线布置以阵

列束波形式获得的多增益来克服毫米波的损耗,同时毫米波的短波长也使得大规模

MIMO多天线集成化为了现实。

因此毫米波大规模MIMO通信成为近年来的热点问题,但其收发端的庞大的天线

数目导致传统全数字预编码因高消耗和高硬件成本而难以实现。为了降低系统成本消耗

的同时保持良好性能,毫米波大规模MIMO混合预编码技术被提出。混合预编码由大

规模模拟预编码器和小规模数字预编码器两部分组成,如何使混合性能逼近理论最优全

数字预编码成为本领域关键问题。本文主要以系统频谱效率和结构复杂度展开。

首先,在单用户混合预编码领域:针对目前毫米波大规模多输入多输出系统中混合

预编码频谱效率过低的问题,本文提出了数字联合等效信道混合预编码算法,该算法在

传统等效信道的基础上引入了数字编码矩阵的迭代。展开目标函数得到联系方程,运用

伪逆方法推导出模拟编码器伪逆迭代函数,解决了因为数字编码矩阵不满秩而带来的运

算量大幅度提高问题,降低了混合预编码的整体复杂度。然后将模拟编码矩阵与毫米波

稀疏信道矩阵联立成为等效信道,然后对等效信道进行奇异值分解(SingularValue

Decomposition,SVD)得到数字编码矩阵,再运用推导出的伪逆迭代函数进行迭代重新生

成模拟编码矩阵。仿真结果表明,所提算法相比其他算法在系统频谱效率上提高了

10%~20%的同时,稳定性也得到了改善。

其次,在多用户混合预编码领域:针对多用户领域经典算法在备选码本原子不足(量

化分辨率小于等于5)的场景下,算法性能不稳定,产生严重衰落的缺陷的问题,提出

了多用户数字联合等效信道混合预编码算法。本文拓展单用户混合预编码理论,通过分

配不同用户权重的方式,拆分出单个用户的独立信道的同时联立模拟编码器组成等效信

道。仿真实验表明,该算法与经典多用户混合预编码算法相比,其频谱效率、误码率等

评价指标在25616天线系统以及25664模型下均有优良性能,尤其是在系统性能稳定

性方面表现优越,未出现衰落。

关键词:毫米波;大规模MIMO;混合预编码;频谱效率;等效信道

毫米波大规模MIMO混合预编码技术研究

Abstract

Withtherapiddevelopmentofinformationindustrytechnologyrepresentedby5G,all

kindsofelectronicintelligentdeviceshavegraduallyenteredpeopleslives.Inordertocope

withthegrowingdemandfordatatransmissionandthehighenergylossofmillimeterwave,

large-scaleMIMOwasintroduced.LargescaleMIMOovercomesthelossofmillimeterwave

byusingthemultigainobtainedbythearraybeamformofmultiantennaarrangement.Atthe

sametime,theshortwavelengthofmillimeterwavealsomakestheintegrationoflargescale

MIMOmultiantennabecomereality.

Therefore,millimeterwavelarge-scaleMIMOcommunicationhasbecomeahotissuein

recentyears.However,thelargenumberofa

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