基于MMSE准则的毫米波MIMO干扰系统混合波束形成算法研究

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近年来,随着通信业的蓬勃发展,传统波段频谱资源日益紧张,毫米波因为拥有大量未使用的频谱资源和高速传输速率,逐渐成为了通信领域的热门研究方向。由于毫米波波长很短,因此能与当前另一研究热点大规模多输入多输出(MIMO)波束形成技术结合起来,从而更加有效地保证传输质量和提高通信容量。但在毫米波大规模MIMO系统中,传统的数字波束形成技术代价十分昂贵,以至于无法有效推广。因此混合波束形成技术应运而生,成为毫米波通信系统中的一项关键技术。本文在经典混合波束形成技术的基础上,针对MIMO干扰信道场景下的毫米波混合波束形成的系统优化问题,提出两种基于交替迭代思路的混合波束形成算法。主要内容如下所示:1、介绍毫米波通信的背景及其信道特性,展现了毫米波通信中进行混合波束形成技术的必要性。建立MIMO干扰信道场景下的毫米波混合波束形成系统框架,并对该系统进行合理的数学建模,建立基于MMSE准则的毫米波混合波束形成数学优化模型。2、提出了两种混合波束形成算法,并对其进行理论分析。首先提出了基于L-BFGS算法的混合波束形成交替迭代算法。该方法性能较优,但由于较难证明其收敛性,因此在该基础上进一步提出了一种基于并行计算的混合波束形成交替迭代算法。该算法基于并行计算思想,能快速有效地对模型中非凸恒模约束进行求解,并且相比于经典混合波束形成算法,使得混合波束形成的系统性能更逼近于全射频链路连接的数字波束形成系统性能。同时,针对并行算法的收敛性也给予了严格的理论证明。3、对本文提出的两种混合波束形成算法进行系统仿真,验证算法的性能和收敛性。并且通过改变系统参数,进一步理论分析对比算法的性能。仿真结果表明,本文所提出的两种混合波束形成算法相比于经典的混合波束形成算法拥有更好的性能。
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