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大规模MIMO毫米波中混合预编码的研究

大规模MIMO毫米波中混合预编码的研究

作     者:刘雯雯 

作者单位:江西理工大学 

学位级别:硕士

导师姓名:吴君钦

授予年度:2023年

学科分类:08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题:毫米波 大规模MIMO 预编码 逐次迭代 非正交多址接入 

摘      要:随着移动互联网需求的日益增长,对第五代移动通信系统(5G)提出了更具有挑战性的要求,例如高频谱效率、高能量效率及大量的连接。为了应对上述挑战,近年来大量学者对大规模毫米波(mm Wave)多输入多输出(MIMO)系统进行了设计研究。在大规模MIMO通信场景下使用全数字预编码方案可以实现通信性能的提升,但伴随而来的是巨大的能源成本消耗,为提升系统能源效率,可将全数字信道预编码矩阵分解为两个预编码矩阵,分别为低维度的数字矩阵和高维度的模拟矩阵,即混合预编码矩阵。在信道对混合预编码矩阵进行设计,可以在实现通信系统性能提升的同时节省能耗,利用非正交多址接入(NOMA)的迭代优化混合预编码方案可实现系统能量效率和频谱效率的进一步提升。因此对大规模毫米波中非正交多址接入的通信方案展开研究意义深远。本文主要研究内容如下:(1)为了改善大规模毫米波多输入多输出的性能,文中提出一种基于目标分解的逐次迭代逼近混合预编码算法。该算法基于目标分解,通过采用逐次迭代逼近、交替优化的求解方法和加入中继设备扩大传输范围的模型设计方法,研究了混合预编码矩阵设计的问题。仿真证实,相较于其他现有算法,所提混合预编码算法可以获得更加理想的系统均方误差和总和速率,其性能逼近理想预编码性能。由此可见,该算法有非常好的有效性和可靠性。(2)为了使大规模毫米波多输入多输出系统获得高频谱效率和高能量效率,文中提出一种非正交多址接入迭代优化混合预编码方案。该方案基于部分连接架构模型,采用NOMA接入方式、无线携能通信类型、迭代优化算法、簇首选择算法研究了预编码的问题。仿真结果表明,相较于其他现有正交多址接入(OMA)的无线携能通信混合预编码算法相比,所提算法的频谱效率和能量效率更加接近理想值。综上所述,文中从信道预编码矩阵的设计来实现通信系统频谱效率和能量效率的提升,较好地满足了大数据背景下日益增长的需求。

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