论文部分内容阅读
毫米波作为5G的备选频段之一,能够应对当前由于带宽短缺而带来的挑战。同时,它也能够满足人们日益增长的通信速率要求。在毫米波大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统中,传统的数字预编码方案需要给每根天线配有一条独立的射频链路,这在实际应用中很难实现。混合预编码方案可以有效地解决这一问题,减少射频链路的数量。本论文主要研究毫米波大规模MIMO系统中的混合预编码问题,以纯数字预编码算法的性能为目标,进一步提升混合预编码算法的性能,主要研究内容如下:1.为了进一步提高单用户点对点毫米波大规模MIMO通信系统的性能,降低算法复杂度,本文提出了一种基于交替迭代矩阵分解(Alternating Iterative Matrix Decomposition,Alt-IMD)的混合预编码算法。该算法首先初始化模拟预编码矩阵;然后通过模拟预编码矩阵与最优预编码矩阵获取数字预编码矩阵,提取最优纯数字预编码矩阵和数字预编码矩阵伪逆乘积的相位信息更新模拟预编码矩阵。利用已更新的模拟预编码矩阵来更新数字预编码矩阵;最后通过多次交替迭代直到收敛。仿真结果表明,所提Alt-IMD算法性能优于传统的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)混合预编码算法,并且相较于相位提取迭代最小化(Phase Extraction Alternating Minimum,PE-AltMin)算法,复杂度约降低了47%。2.为了更有效地抑制多用户毫米波大规模MIMO系统中多用户之间的干扰,提升系统频谱效率,本文提出了一种基于块对角化混合预编码设计方案(Alternating Iterative Matrix Decomposition Based on Block Diagonalization,AltIMD-BD)。该方案将混合预编码的设计分为两个阶段。首先在射频端,利用所提Alt-IMD算法对每个用户进行模拟合并矩阵的设计,然后通过等增益传输(Equal Gain Transmission,EGT)方法设计模拟预编码矩阵,最后构造等效信道矩阵,充分考虑用户空间,在基带端使用改进的BD算法设计数字预编码矩阵。理论分析和仿真结果表明,本文所提的AltIMD-BD算法更接近最优纯数字预编码算法的性能。