毫米波mimo系统中波束成形研究

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2、人在导师指导下进行的研究王作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：牛＾令曰船乃Ｖ辟文月＾曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人

3、授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：作邸导师签名；田曰期；兴年月对？曰分类号密级注1UDC学位论文毫米波MIMO系统中波束成形研究（题名和副题名）付自刚（作者姓名）指导教师成先涛副研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2016.4.13论文答辩日期2016.5.20学位授予

4、单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonBeamforminginMilimeterWaveMIMOSystemsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ZigangFuAdvisor:XiantaoChengSchool:NationalKeyLaboratory

5、ofScienceandTechnologyonCommunications摘要摘要在当今无线频谱资源日趋紧缺的背景下，毫米波频段巨量的带宽为第五代（5G）移动通信系统要求的吉比特级别的高速数字通信带来了福音。毫米波在无线空间中传播时极高的衰减率是毫米波系统在室外无线通信应用中面临的最大障碍。幸运的是，毫米波的波长较小，允许在不增加现有通信设备体积的情况下安装大量的天线，形成的大规模天线阵可以提供很高的波束成形增益，从而获得充足的链路余量。波束成形技术在MIMO系统中可以用于克服路径损耗，改善接收信噪比，提升

6、系统容量等，其关键是获得在当前信道状态下收发端的满足设定准则的最优阵列信号加权向量。在容量最优准则下，收发端的波束成形加权向量是通过信道矩阵的奇异值分解（SVD）而得到的奇异向量，这需要估计信道状态信息（CSI）。在时分双工（TDD）系统中，利用上下行信道互易性可以不用直接估计CSI而通过迭代得到收发端加权向量。而在频分双工（FDD）系统中，则需要先估计出CSI，然后通过对信道进行SVD的方法获得收发端加权向量。无论在TDD还是FDD系统中，意欲获得最优加权向量，都是通过发送训练序列的方式实现的。训练开销如果

7、过大，无疑会对系统性能造成严重的影响。毫米波系统的信道相干时间较小，而当阵列天线数目很大时，采用传统的训练方法的开销是无法承受的。另外，可用于训练的独立符号数量也是有限的，天线数太多了，会导致训练符号不够用。所以在毫米波系统中，需要寻求新的波束成形方法来降低训练开销。毫米波信道的空间稀疏性为利用压缩感知技术大规模降低训练开销提供了方便。本文分析了装备有大规模天线阵列的毫米波MIMO系统的信道特点，利用空间稀疏的多径几何模型描述毫米波信道。然后分TDD和FDD两种场景对该系统的波束成形问题进行了研究。在TDD系

8、统中，针对大规模天线阵下进行SVD波束成形面临的困难，利用毫米波信道的两个特性：信道互易性和空间稀疏性，分别引入两个数学工具，即幂迭代（PowerIteration，PWI）和压缩感知（CompressiveSensing，CS）来利用这两个特性，避免了复杂的信道估计和分解，降低了训练开销。其思路简单概括为，在幂迭代波束成形的基础上，利用毫米波信道到达路径的稀疏性，引入压缩感知算法估计接收信号向量，