【摘 要】
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作为第五代无线通信(5G)的关键技术之一,大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术有望逐步取代传统的MIMO技术。毫米波因其大量未被开发的频谱资源而受到5G技术的青睐。毫米波大规模MIMO系统能够大幅度提升频谱效率和信道容量,然而其大量增加的天线数目给系统设计带来了一些挑战,如射频链增多,成本过高,功耗过大。由于传统的全数字预编码要求射频链等
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作为第五代无线通信(5G)的关键技术之一,大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术有望逐步取代传统的MIMO技术。毫米波因其大量未被开发的频谱资源而受到5G技术的青睐。毫米波大规模MIMO系统能够大幅度提升频谱效率和信道容量,然而其大量增加的天线数目给系统设计带来了一些挑战,如射频链增多,成本过高,功耗过大。由于传统的全数字预编码要求射频链等于基站端的天线数,实现成本过高,因此能有效降低射频链数目并改善系统性能的混合预编码技术,成为了大规模天线系统的关键技术。此外,传统的正交多址技术(OMA)无法满足日渐增长的用户和设备接入需求,非正交多址技术(NOMA)与其他5G技术的结合也是当前的研究热点。本文围绕毫米波大规模MIMO的混合预编码技术从两个不同的场景进行分析研究。A.基站端大规模天线,用户端单用户多天线;B.基站端结合NOMA的大规模天线,用户端多用户单天线的场景。本文的主要工作如下:1.基于毫米波大规模MIMO系统,从两种性能指标上分析了混合预编码对于系统性能的影响。首先分析了基于矩阵分解的数字预编码技术对于误码率的影响。其次,研究分析了结合多种模拟预编码方案的混合预编码技术对于系统频谱效率的影响。2.针对毫米波多用户NOMA系统,提出基于距离差值的用户分组方案,结合基于交替极小化的混合预编码方案,考虑迭代优化的功率分配方法,以提升系统的频谱效率。仿真表明,所提方案优于其他混合预编码方案,迭代优化方法明显优于随机分配的方法。3.在毫米波多用户NOMA系统中,提出强弱用户结合的同组双用户分组方案,采用结合正则化迫零和模拟量化器的混合预编码,并利用基于粒子群的功率分配方案,优化系统的频谱效率。仿真表明此系统的全连接结构在频谱效率上优于部分连接结构,系统的频谱效率也同样优于传统OMA的方案,此外对系统的能量效率进行了分析,并且比较了不同功率优化算法对系统性能的影响。
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