毫米波MIMO系統(tǒng)信道估計(jì)與預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、未來的無線通信的目標(biāo)是提供更高的傳輸速率，更大的系統(tǒng)容量，滿足萬物互聯(lián)的通信需求。在傳統(tǒng)的低頻段頻譜上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)并不現(xiàn)實(shí)，通信必須向高頻段的毫米波擴(kuò)展。毫米波的物理性質(zhì)決定了其需要和MIMO技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，以提供良好的服務(wù)。在毫米波系統(tǒng)中使用大規(guī)模天線陣列，在提高性能的同時(shí)，也帶來了經(jīng)濟(jì)成本和電路設(shè)計(jì)方面的問題。如果采用數(shù)字預(yù)編碼方案，需要配置和天線數(shù)相等的射頻鏈路，實(shí)現(xiàn)難度很大。采用混合架構(gòu)可以解決這一難題。在射頻域配置由移相器網(wǎng)絡(luò)組

2、成的模擬預(yù)編碼器，在基帶配置傳統(tǒng)的數(shù)字預(yù)編碼器，可以大幅減少系統(tǒng)需要的射頻鏈路的數(shù)量。
　　混合架構(gòu)的毫米波MIMO系統(tǒng)在信道估計(jì)和預(yù)編碼方面有很多值得研究的問題。第一，天線規(guī)模比較大，信道估計(jì)規(guī)模也同步上升，有必要研究新的信道估計(jì)方法。第二，信道估計(jì)準(zhǔn)確度的提升也是一個(gè)目標(biāo)。第三，模擬預(yù)編碼器由移相器組成，移相器只能調(diào)節(jié)相位，不能調(diào)節(jié)幅值，這種物理限制因素決定了必須研究適用于混合架構(gòu)系統(tǒng)的預(yù)編碼方法。針對這些問題，本文開展了一些

3、研究。
　　本文首先研究了毫米波在散射空間中的傳播特性，討論了毫米波信道的時(shí)域稀疏性和角域稀疏性?；谛诺赖南∈栊裕疚氖褂萌捍啬Ｐ蛯撩撞ㄕ瓗诺肋M(jìn)行了建模分析。建立了混合架構(gòu)毫米波MIMO系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示模型。
　　鑒于毫米波MIMO信道是稀疏的，本文對基于稀疏信號重構(gòu)的信道估計(jì)方法開展了研究。首先，介紹了壓縮感知和稀疏信號重構(gòu)的相關(guān)知識，討論了OMP和CoSaMP重構(gòu)算法。基于這兩種算法，本文設(shè)計(jì)了基于OMP和CoSaM

4、P算法的信道估計(jì)方法，并進(jìn)行了仿真，分析了兩種方法的性能。在此基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的稀疏信號重構(gòu)算法，該算法與OMP的不同之處在于每次匹配時(shí)選擇多個(gè)感知原子用于篩選。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的信道估計(jì)方法的性能優(yōu)于基于OMP的信道估計(jì)方法，且計(jì)算復(fù)雜度基本沒有增加。
　　最后，本文對適用于混合架構(gòu)毫米波MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法進(jìn)行了研究。建立了混合預(yù)編碼問題的數(shù)學(xué)模型并討論了該問題的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。在此基礎(chǔ)上研究了兩種基于交替優(yōu)化算法的混合