基于毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的混合預(yù)編碼設(shè)計(jì)

(南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，南京210003)

1 引 言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)不斷完善和無(wú)線設(shè)備的廣泛使用，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量呈指數(shù)增長(zhǎng)。特別地，即將在2020年進(jìn)行商用部署的5G，預(yù)計(jì)能夠滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加1 000倍的需求，峰值理論傳輸速率可達(dá)10 Gbit/s[1-2]，傳統(tǒng)的通信頻段已經(jīng)很難達(dá)到上述要求。毫米波通信技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的主要候選方案之一。雖然毫米波在自由空間損耗很大，但是通過(guò)毫米波大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng)產(chǎn)生的定向波束成形增益可以對(duì)抗自由空間的路徑損耗。

在傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)中，基帶預(yù)編碼器采用純數(shù)字預(yù)編碼器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)需要每個(gè)射頻(Radio Frequency,RF)鏈路連接每根天線，同時(shí)也包括和天線數(shù)目一樣多的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)化器。對(duì)于毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，由于天線數(shù)目眾多，部署大量RF鏈路會(huì)產(chǎn)生很高的成本和功耗。為了減少RF鏈路的數(shù)量，一些研究者提出一種由模擬預(yù)編碼器和數(shù)字預(yù)編碼器組成的混合預(yù)編碼器結(jié)構(gòu)。模擬預(yù)編碼器是通過(guò)可以控制相位和幅度的移相器組成，數(shù)字預(yù)編碼器通過(guò)RF鏈路實(shí)現(xiàn)。通常情況下，存在兩種混合預(yù)編碼器結(jié)構(gòu)：全連接結(jié)構(gòu)，每個(gè)RF鏈路與每根天線相連；部分連接結(jié)構(gòu)，每個(gè)RF鏈路只與部分天線相連。文獻(xiàn)[3]還提出了另外一種混合預(yù)編碼器，通過(guò)將部分連接結(jié)構(gòu)與全連接結(jié)構(gòu)整合在一起進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。在學(xué)術(shù)界，大部分文獻(xiàn)集中在全連接結(jié)構(gòu)混合預(yù)編碼器的研究[4-6]。

相比于全連接結(jié)構(gòu)，部分連接結(jié)構(gòu)由于較低的硬件復(fù)雜度，在天線部署中更加實(shí)用。……