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毫米波频段可提供更大的带宽、更高的数据传输速率以满足第五代移动通信(The Fifth Generation Mobile Communication,5G)多种应用场景和新兴业务的需求。新的空口技术成为5G毫米波通信中的研究热点。毫米波射频硬件损伤对系统性能的影响不容忽视。本文将目前业内研究较多的四种空口波形与三种主要的毫米波射频硬件损伤进行结合,研究毫米波射频硬件损伤对波形性能的影响,并进行射频硬件损伤补偿。本文对比射频硬件损伤补偿前后波形的性能,结合波形计算复杂度等评价指标,选出更适用于5G毫米波的波形,通过定点仿真,权衡系统性能与硬件资源消耗,给出5G毫米波信号波形实现的最佳定点字长。本文的主要工作大致分为以下四个部分:1.分析业内讨论较多的空口波形:正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)、通用滤波多载波(Universal Filtered Multi-Carrier,UFMC)、加权叠加正交频分复用(CP-OFDM with Weighted Overlap and Add,WOLA)、滤波正交频分复用(Filtered OFDM,F-OFDM)。详细介绍上述波形的基本原理,对比分析带外泄漏(Out of Band Emission,OOBE)、峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)等关键指标以及AWGN环境下的误码率性能。2.研究三种毫米波射频硬件损伤模型:功率放大器非线性(Power Amplifier Nonlinearity,PAN)、相位噪声(Phase Noise,PN)以及I/Q不平衡(I/Q Imbalance,IQI)。分析射频硬件损伤对波形的影响,分析对比四种波形在三种毫米波射频硬件损伤下的性能。3.针对三种毫米波射频硬件损伤分别采用以下补偿方法:利用非线性迭代消除算法,消除功率放大器非线性损伤对波形的影响。基于3GPP TS 38.211标准中规定的相位追踪参考信号(Phase Tracking Reference Signal,PT-RS),提出一种非迭代相位噪声补偿算法,对由相位噪声产生的公共相位误差(Common Phase Error,CPE)和子载波间干扰(Inter-Carrier-Interference,ICI)进行联合消除。利用盲估计算法对I/Q不平衡进行粗补偿,然后利用LMS算法对I/Q不平衡进行精补偿,给出四种波形在毫米波射频硬件损伤补偿后的系统误码率性能。4.从抵抗毫米波射频硬件损伤能力、PAPR指标、资源开销、多用户频分复用能力、计算复杂度以及上下行链路空口波形对称性要求等维度对OFDM、WOLA、UFMC和F-OFDM四种波形进行对比分析。基于性能、复杂度等方面的权衡,OFDM是一种更具竞争优势的5G毫米波波形。通过定点仿真,综合考虑系统性能与硬件资源消耗,给出OFDM信号的IFFT实现过程的最佳定点字长。