5G Massive MIMO系统中混合波束赋形算法研究

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1、财｛謂似豸＿硕士学位论文＿爵修５ＧＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ系统中混合波束赋形算法：慧研究作者姓名＿姜燕燕学校导师姓名、职称栾英姿副教授企业导师姓名、职称唐斌高工＿＿申请学位类别工程硕＿±＿＿5GMassiveMIMO系统中混合波束赋形算法研究作者姓名姜燕燕学校导师姓名、职称栾英姿副教授企业导师姓名、职称唐斌高工申请学位类别工程硕士学校代码10701学号1501120435分类号TN92密级公开西安电子科技大学硕士学位论文5GMassiveMIMO系统中混合波束赋形算法研究作者姓名：姜燕燕领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓

2、名、职称：栾英姿副教授企业导师姓名、职称：唐斌高工学院：通信工程学院提交日期：2018年6月ResearchonHybridBeamformingAlgorithmin5GMassiveMIMOSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByJiangYanyanSupervisor:LuanYingziTitle:AssociateProfe

3、ssorSupervisor:TangBinTitle:SeniorEngineerJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果；也不包含为获得西安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一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任

4、。本人签名：日期：？西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。＾：极爸导师签名本人签名：厚＾日期：一寧日期：摘要摘要随着第五代移动通信（The5thGenerationMobile

5、Communication，5G）技术的快速发展，各种无线数据业务和多媒体应用不断涌现，人们对无线通信系统容量提出了更高的要求。大规模多输入多输出（MassiveMultiple-InputMultiple-Output，MassiveMIMO）技术作为5G无线通信系统中最有前景的关键技术之一，能够明显地提升系统的性能和容量。然而由于MassiveMIMO系统的收发天线数目很大，在系统中仅使用数字波束赋形技术，会导致系统的实现成本和能量损耗很高，为MassiveMIMO波束赋形技术的应用带来了阻碍。为了克服这个问题，学者们提出了MassiveMIMO混合波束赋形方案，该方

6、案是将低维度的数字波束赋形技术和高维度的模拟波束赋形技术相结合，根据从射频链到天线的映射关系，可以将其分为全连接结构和部分连接结构，本文主要研究基于这两种结构的MassiveMIMO混合波束赋形算法。针对全连接结构下的大规模多用户MIMO系统，本文提出了一种基于等增益传输的低复杂度混合波束赋形算法，该算法将数字域和模拟域分开考虑。在模拟域中，使用等增益传输的方法，通过只改变模拟预编码器和合并器中每个元素相位来获得天线阵列增益。在数字域等效基带信道上，介绍了一种传统的数字块对角化算法，用于消除用户间干扰和获得最大频谱效率；针对数字块对角化算法复杂度高的问题，提出H了基于矩阵

7、伪逆、QR分解和LDL分解操作的低复杂度块对角化算法。算法分别在瑞利衰落信道和毫米波信道上进行了仿真，结果表明在两种信道下该算法可以实现和数字波束赋形系统相近的和频谱效率性能，同时还降低了数字块对角化算法的计算复杂度。针对部分连接结构下的大规模单用户MIMO系统，本文提出了一种基于矩阵分解的交替优化混合波束赋形算法。该算法将传统高维度无约束的数字预编码器/合并器分解成混合预编码器/合并器的形式。由于模拟预编码器/合并器的恒模约束，导致了优化问题的非凸性。针对这个问题，提出了交替优化的方法，将非凸优化问题分解成一系列凸优化子问题