论文部分内容阅读
近几年,关于第五代(the 5th Generation,5G)移动通信系统的消息层出不穷,引发社会各界人士的高度关注。5G商用潜藏巨大机遇,全球各国都期待能在这场5G竞速赛中取得先机。5G进入商用之后,毫米波通信才是5G研发的主战场。毫米波信号的显著特点之一就是路径损耗严重,因此毫米波通信的一个特点便是在发射端和接收端配置大规模天线阵列形成大规模多输入多输出天线(Multiple Input Multiple Output,MIMO)以提高阵列增益。有了大规模天线阵列,毫米波系统可以在发射端与接收端采用混合预编码来补偿由超高频率造成的路径损耗,并克服附加的噪声功率,减少小区外干扰。混合预编码技术需要根据信道状态信息(Channel State Information,CSI)来设计发射端与接收端的预编码矩阵与合并矩阵。而准确CSI的获取依赖于信道估计。由于毫米波具有对阻碍较为敏感的传输特性,基于混合预编码的毫米波大规模MIMO通信系统的信道估计问题面临挑战。本文研究了两种基于分层码本的毫米波大规模MIMO信道估计方法:基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)码本的信道估计方法和基于波束扩展(Beam Widen,BW)码本的信道估计方法,并在BW码本的基础上提出一种改进的分层码本方案。对于DFT码本和BW码本研究了其码字设计方法,对于改进的BW码本给出其相应地信道估计算法。通过仿真,从时间复杂度、波束模型、搜索成功率与可达速率这四个角度对三种码本的系统性能进行比较。仿真结果表明,DFT码本具有较优的系统性能,但这是以需要多达天线数目一半的射频(Radio Frequency,RF)链路数为代价的;BW码本能够以较少的RF链路数达到与DFT码本相近的系统性能,而改进的BW码本对信道中角度信息的估计更为准确,具有接近甚至超越DFT码本的系统性能。研究了基于随机几何的毫米波蜂窝网络系统模型。分析了发射端与接收端已知完美CSI的情况下,基于该系统模型的毫米波蜂窝网络的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)覆盖率与可达速率覆盖率。为了面向实际,将利用改进的BW码本进行信道估计这一针对下行链路点对点通信的信道估计方法推广应用到毫米波蜂窝网络中,给出了基于估计CSI的毫米波蜂窝网络SINR与可达速率表达式。通过仿真,分析了基于估计CSI的普通型和密集型毫米波蜂窝网络的性能。仿真结果表明,平均小区半径越大,信道估计准确性越高;基站越密集,与BW码本相比,利用改进BW码本进行信道估计的优势越明显;在超密集毫米波蜂窝网络中,视距(Line of Sight,LOS)路径损耗指数越大,信道估计准确性越高;当平均小区半径约为等效LOS区域半径的一半时,系统具有最优的SINR覆盖率。