论文部分内容阅读
毫米波通信凭借通信容量大、传输质量高等优点被5G系统采用,并且其中的大规模天线阵列和波束形成技术已经成为5G系统中的关键组成部分。阵列天线技术通过对天线布局,获得灵活的波束控制和较高的信号增益,能够弥补毫米波通信中路径损耗过高的缺陷。本文围绕毫米波通信阵列天线技术,从大规模天线阵列流形设计、波束形成、毫米波信道估计以及信道状态跟踪等四个方面开展研究,论文的主要工作安排如下:(1)研究毫米波通信中的大规模天线阵列流形设计,包括平面阵列、互质面阵和三维立体阵列。推导毫米波系统中信道矩阵的公式,得出信道容量受阵列流形影响的结论,并对天线数目、天线单元的距离和排布层数等影响阵列流形的因素进行深入的研究。(2)研究毫米波通信系统中的波束形成技术。首先研究IEEE 802.15.3c标准规定的3c码本和N相位码本。并针对基于以上两种码本产生的波束旁瓣电平过高的问题,本部分提出将均匀窗、二项式窗、汉明窗和高斯窗等6种常见的的窗函数应用在码本矩阵中的方法,由此获得更优的波束性能。除此之外,还深入研究了3c码本和圆阵码本两种码本的训练机制。(3)针对毫米波系统中的信道估计问题,本部分根据射线追踪模型,将信道估计问题划分为路径衰落系数估计和空间信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计,其中重点研究均匀面阵下的降维多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法、二维传播算子(Propogator Method,PM)、借助旋转不变性进行信号参数估计(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法以及互质面阵下的ESPRIT算法。(4)研究毫米波系统中的信道跟踪算法。本部分针对特征值分解求得信号子空间复杂度过高的问题,利用近似投影子空间跟踪(Projection Approximation Subspace Tracking,PAST)和紧缩近似投影子空间跟踪(Projection Approximation Subspace Tracking with deflation,PASTd)算法快速获得实时性的信号子空间,从而在DOA算法中使用,并获得信道状态追踪结果。