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基于张量的毫米波大规模MIMO车联网信道估计和混合预编码研究
| 论文题名： | 基于张量的毫米波大规模MIMO车联网信道估计和混合预编码研究 |
| 关键词： | 毫米波大规模MIMO通信;车联网;信道估计;混合预编码;多普勒频移 |
| 摘要： | 毫米波大规模MIMO通信系统通过波束形成，可以在某个特定方向上形成高路径增益的波束，以减弱多径衰落对信号的影响。在高速环境下由于多普勒频移的存在，车辆用户的信道更加复杂。特别是在毫米波大规模MIMO车联网系统中，信道衰落表现的更加明显。张量由于其降低多维数组复杂性的能力，可以在对高维数据处理时实现更低的计算复杂度。本文针对毫米波大规模MIMO车联网系统高速环境下提高系统稳定性问题，利用张量对车联网信道估计和混合预编码进行了研究。 首先，为了解决高速环境下车联网信道的快速衰落，无法准确获得V2X通信的信道估计，导致系统数据传输效率降低的问题，提出了一种基于贝叶斯张量的毫米波大规模MIMO车联网信道估计方案。首先建立了毫米波车联网时变信道模型，设计超分辨率网格来准确估计信号到达角和离开角。通过对车辆用户接收信号进行低秩张量分解，从而准确得到毫米波信道增益矩阵和多普勒频移。为了解决用户高速移动性导致到达角的非实时问题，利用到达角通感一体化获得准确的实时性信道角域信息。仿真结果表明相比于其他算法，所提算法在高速环境下依然具有更高的准确性。 其次，由于毫米波大规模MIMO车联网信道的快速衰落，导致无法获得准确的波束赋形，从而降低了系统频谱效率。本文针对车辆通过路口导致波束频繁切换问题，设计了一种多车辆大规模MIMO混合预编码方案。以最大化用户的SNR为目的，设计了多车联合优化模拟波束对准算法用于训练最佳的模拟发射矩阵和组合矩阵。为了减少用户间波束赋形干扰，扩展时间维度构建用户的等效基带张量信道，以最优化用户信漏噪比获得数字预编码矩阵。通过使接收信号均方误差最小得到数字组合矩阵。仿真结果表明所提算法在系统频谱效率方面优于其他方案。 最后，通过构建真实道路场景和毫米波大规模MIMO车联网通信系统对上述算法进行实验验证。针对常见的两种车联网通信场景，验证上述信道估计和混合预编码方案的实用性。实验结果表明，所提出的信道估计和混合预编码方案对高速环境具有鲁棒性，在误码率和吞吐量等性能上表现优异。 |
| 作者： | 罗开华 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 周小平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海师范大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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