毫米波无线通信系统混合波束成形综述

毫米波频段拥有大量未充分使用的频谱资源,能有效缓解低频段频谱拥塞,并且由于毫米波波长较短,能极大地减小大规模天线系统的物理尺寸,使得毫米波通信成为5 G无线通信系统潜在的关键技术之一。考虑到毫米波传播路径损耗严重,毫米波系统需采用波束成形技术改善传输质量。在毫米波大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-out, MIMO)系统中,由于数字波束成形高功耗、高成本问题,混合数模波束成形成为重要的替代方案。本文首先阐述了毫米波混合波束成形的研究现状,而后给出了系统模型,最后介绍了信道估计、码本设计和低复杂度设计等混合波束成形的关键技术。     

基于SRS遍历容量的下行波束赋形性能研究

波束赋形传输技术包括下行波束赋形和上行波束赋形。下行链路波束赋形是通过基于估算信道信息加权多天线的发射信号来实现的,从而增强在目标用户方向上的部分功率增益。上行链路波束赋形本质上是对来自不同天线单元信号进行加权和求和计算,以优化所需信号的质量并抵制干扰。简要描述下行链路波束赋形系统模型构建方案和最优获得空间相关矩阵值算法。在此基础上,详细阐述移动通信系统中下行链路波束赋形应用的基本原理,重点研究SRS遍历容量改进优势,分析波束赋形基准性能和多滴仿真性能的特点。结合链路层单一EBB衰落算法的结果,通过对短期和长期以及混合波束赋形技术的比较,得出了一些重要结论。     

基于5G毫米波的小区发现方法研究

5G毫米波技术提供了丰富的频率资源和高吞吐量,但由于其严重的路径损耗和穿透损耗,在完成小区搜索和同步过程时,毫米微波蜂窝系统必须引入高定向波束赋形传输技术。基于改善定向传输过程中的时延问题,采用了一种基于传统算法的改进小区发现算法,该算法通过控制面与用户面平面分割的混合网络架构,利用背景信息改进小区发现过程,有效降低时延。通过MATLAB模拟仿真试验得出实验结果 :通过改进算法的传输时延比传统算法降低40%。     

基于高速铁路通信的多波束机会波束赋形技术

鉴于高速铁路通信中,列车位置信息可预测、列车车顶中继转发天线数有限,以及反馈信息时延大、多普勒衰落较大、频繁切换等特性,传统的波束赋形并不适用于高速铁路场景。位置信息辅助的多波束机会波束赋形能够利用列车位置信息可预测的优势,在机会波束赋形算法中有效地提高发送波束随机相位与来波相位匹配的概率,同时支持多个波束并行传输,以多波束选择实现更好的多用户分集增益,且机会波束赋形无需反馈完全信道状态信息。因此位置信息辅助的多波束机会波束赋形技术适用于高速铁路通信。     

一种基于异构随机矢量的波束赋形方法

为克服迭代波束赋形方法在低信噪比下性能差的问题,针对毫米波MIMO系统提出一种基于异构随机矢量的波束赋形方法。通过在发射机和接收机之间来回发送异构随机矢量,所提出方法能在低复杂度下获得信道自相关矩阵的估计。进而基带处理器可通过奇异值分解的经典幂方法来快速获得近似最优的发送波束赋形矢量。而接收机可通过相同的过程获得对应的接收波束赋形矢量。所提出的方法采用高斯随机变量和正负随机变量所构成的异构随机矢量,能在理论上消除加性高斯白噪声的影响从而获得近似最优等效信道增益。仿真结果表明,所提出的方法有渐进最优的信道增益,在低信噪比下显著优于迭代方法。因此在保密通信等高功率波束训练不允许的场景下具有实用意义。     

基于赋形多波束的CDMA系统容量分析

分析是基于赋形多波束天线波束增益模型,相对传统的二阶锥形口径增益模型,这一模型能够较好地补偿路径损耗差异,保证了覆盖区域的"等通量"覆盖。本文分别分析了星地通信系统前向链路和反向链路的系统容量,在反向链路容量分析中综合考虑了阴影衰落、功率控制误差等因素的影响,并提出了提高系统容量、改善系统性能应采取的措施方法。本文中的容量分析方法可以进一步推广到低轨通信星座系统,对低轨通信星座系统的规划和设计具有重要意义。     

无人机毫米波信道建模进展和挑战

无人机毫米波通信技术结合无人机和毫米波的优势,提供高速数据传输和广域网络覆盖能力,在军用通信系统中拥有广阔的应用前景。精确的信道模型是无人机毫米波系统设计和性能评估的重要理论基础。不同于传统移动通信场景,无人机通信信道具有明显的三维传播特征,构建模型需要考虑包括三维散射空间、三维飞行轨迹及姿态、三维阵列天线和三维窄波束等多种因素。本文首先总结了无人机毫米波信道建模的新需求和挑战,并详细阐述了无线信道建模方法以及现有信道模型的研究进展,最后给出了信道建模的发展方向及关键技术,旨在为无人机毫米波信道模型的科学构建和标准化等研究提供参考。     

基于深度学习的多用户毫米波中继网络混合波束赋形

针对传统多用户毫米波中继系统波束赋形方案计算复杂度高的问题，提出一种基于深度学习（DL）的奇异值分解（SVD）方法来设计混合波束赋形，以优化发送端、中继端和接收端波束赋形器。首先，利用DL方法设计发送端、中继端的波束赋形矩阵最大化可实现的频谱效率；然后，设计中继端、接收端的频带波束赋形矩阵以最大化等效信道增益；最后，在接收端设计最小均方误差（MMSE）滤波器消除用户间干扰。理论分析和仿真结果表明，基于DL的混合波束赋形方法相较于交替最大化（AltMax）与传统SVD方法：在高维信道矩阵和较多的用户情况下，计算复杂度分别降低了12.5%和23.44%；在已知信道状态信息（CSI）的情况下，频谱效率分别提高了2.277%和21.335%，在非完美CSI情况下，频谱效率分别提高了11.452%和43.375%。     

28 GHz毫米波信道特性的研究

毫米波通信作为第五代通信技术(TheFifthGenerationWirelessSystem,5G)的关键技术,可以极大地提升以往较低的数据连接,同时提供更广阔的频带,容纳更多的用户数量。然而用于毫米波通信路径衰减较大,覆盖的距离有限;对物体的透射较弱,容易受到物体阻挡;并且对于温度、湿度等天气具有很大的影响,在降雨时衰减明显加重。根据3GPP标准,28 GHz毫米波通信理论上可以提供1.3 GHz的带宽,高达10 Gbps的速率。同时在28 GHz下受大气窗口的影响,相比其他频段拥有更小的路径损耗。笔者采用传统低频段信道信息射频追踪(ray-tracing)算法对28GHz下的毫米波的室外和室内场景进行信道分析。     

5G通信中数据传输的可靠性分析

对未来无线通信系统的几种潜在的关键通信技术,如异构网络、大规模多输入多输出(MIMO)通信、绿色通信和毫米波通信,给出了较详尽的论述与讨论。首先简要介绍了未来无线通信网络结构的异构化变化所引起的复杂干扰信号的出现及能源消耗增加问题。介绍了大规模MIMO通信技术的优点,大规模MIMO通信的研究现状与研究难点,给出了进一步解决频谱稀缺问题的毫米波无线通信系统的混合波束成形的方案。