毫米波系統(tǒng)中的多天線技術(shù)研究.pdf

1、作為一項(xiàng)針對(duì)下一代無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）和5G蜂窩系統(tǒng)的重要技術(shù)，毫米波通信受到了廣泛的關(guān)注。和傳統(tǒng)的低頻率系統(tǒng)相比，毫米波通信遭受到嚴(yán)重的路徑損耗。因此在接收端和發(fā)送端使用大量天線陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)高波束增益，從而獲得足夠的鏈路預(yù)算。波束成形技術(shù)在多天線系統(tǒng)中可以改善接收信噪比（SNR），進(jìn)而降低誤碼率和提升系統(tǒng)容量。波束成形中如何選擇波束矢量是關(guān)鍵。本論文主要探索毫米波正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)和多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)的波束成形技術(shù)

2、。
　　本文首先研究了60GHz毫米波多天線 OFDM系統(tǒng)中基于碼書的波束成形技術(shù)。給定一個(gè)預(yù)定碼書，波束成形的目的是找到最佳發(fā)送端和接收端波束矢量來(lái)最大化頻譜效率。通過適當(dāng)?shù)毓交?0GHz多徑信道模型，可將波束成形問題轉(zhuǎn)化為估計(jì)多個(gè)稀疏信號(hào)矢量。利用壓縮感知（Compressive Sensing，CS）技術(shù)能夠有效地估計(jì)這些稀疏信號(hào)，其中壓縮感知測(cè)量矩陣通過最小化有效字典不同列的內(nèi)積進(jìn)行了優(yōu)化。這樣，就得到了基于壓縮感知的迭

3、代波束成形算法。由于充分利用了60GHz信道的多徑稀疏性，就訓(xùn)練開銷和成功概率而言，提出的算法大大地優(yōu)勝于現(xiàn)有的其他算法，文中理論分析和大量仿真證實(shí)這一點(diǎn)。
　　由于功率和成本的限制，毫米波大規(guī)模天線陣列傾向于使用有限數(shù)量的射頻鏈路。換句話說，射頻鏈路的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天線陣元數(shù)目。為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的奇異值分解（SVD）波束成形，通常需要進(jìn)行信道估計(jì)，這對(duì)毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。為了避免繁重的信道估計(jì)，本文針對(duì)毫米波MIMO系

4、統(tǒng)提出了兩種實(shí)現(xiàn)SVD波束成形的迭代算法。基于時(shí)分雙工（TDD）下信道的互易性，提出的算法分別采用冪迭代（Power Iteration，PWI）和Lanczos迭代（Lanczos Iteration， LAI）。迭代過程中，我們只需要估計(jì)一些與信道有關(guān)的矢量而不是 MIMO信道矩陣。利用毫米波信道的空間稀疏性，這些算法可大大降低所需的訓(xùn)練開銷。仿真表明，就所獲得的系統(tǒng)容量和訓(xùn)練開銷而言，提出的方案優(yōu)勝于現(xiàn)有的算法，并且能夠得到和理想