【混合波束成形系统研究文献综述1900字】

混合波束成形系统研究文献综述在传统的全数字波束成形设计下，数据处理部分除了发送端数字域的数据处理，还需要包括发送端的数字信号转模拟信号器、发送端上的变频操作、接收端的模拟信号转数字信号器以及接收端下的变频操作。用于实现这一系列操作的部分被称为射频链路(RadioFrequencychain,RFchain)。其优点在于，可以对输入信号进行数字域的数据处理，即任意地调整信号的幅度和相位，之后直接输送到发送天线进行发送。这样的数据处理也被称为全数字波束成形(Fully-digitalbeamforming,FD)。其缺点在于，随着天线数目的增长，已经无法负担为每根天线都配置一条对应的射频链路的开销。于是，为了降低硬件开支，混合波束成形(Hybridanaloganddigitalbeamforming,HBF)结构应运而生，该技术大大降低了射频链路的数目，从而节约了硬件开销。需要重点注意的是模拟波束成形和数字波束成形的区别。为了降低射频链路，后续的模拟波束成形是在模拟域上操作的，因此，主流结构使用相移器(phaseshifter)来实现。其优点是成本较低，缺点在于只能改变信号的相位。在混合波束成形系统中，除了四个波束成形变量的联合优化，即发射端的数字波束成形器、发射端的模拟波束成形器、接收端的数字波束成形器和接收端的模拟波束成形器更加困难之外，系统中的移相器对模拟波束成形器的模的恒约束使得优化问题具有高度非凸性，更加难以求解。现有的方法大多是先将原问题解耦为混合预编码和结合的子问题，然后在求解子问题时着重考虑常模约束，从而简化问题。将混合波束成形器的设计视为矩阵分解问题是一种有效且广泛应用的方法，该方法可以利用全数字波束成形器最小化混合波束成形器之间的欧氏距离。为了解决这一矩阵分解问题，在Rajagopal[9]的研究中，作者利用毫米波技术传播信道的空间结构，提出了一种利用空间稀疏预编码技术和正交匹配追踪(orthogonalmatchingpursuit,OMP)技术组合的算法。在J.Zhang[14]的研究中，作者提出了一种基于流形优化(manifoldoptimization,MO)的混合波束成形算法以及一些低复杂度算法。除了利用矩阵化方法外，混合波束成形设计的另一个思想是直接处理原问题。在F.Sohrabi和W.Yu[15]的研究中，作者首先根据原目标推导出数字波束成形器的封闭解，然后对具有常模约束的模拟波束成形器进行若干迭代算法求解。以上的工作以及之前的大部分研究的目标，都是为了将频谱效率最大化，从而更好地设计混合波束成形系统。回顾传统的全数字多输入多输出系统的联合预编码和组合设计，除频谱效率外，均方误差(mean-squareerror,MSE)是另一个重要的度量指标。考虑均方误差的一个直接动机是，在实际的运用中，系统通常被限制在某些特定的调制和编码场景中，而不是一成不变的高斯码场景，因此均方误差是表征传输可靠性的直接性能指标。此外，均方误差的一些变式，如和均方误差、最小最大均方误差、修正均方误差、加权均方误差等，与其他重要性能指标(如信噪比和符号误码率)有关。例如，在H.Sampath和D.P.Palomar[16],[17]的研究中已经表明，在具有多数据流的全数字多输入多输出系统的波束成形设计中，均方误差与信噪比和误符号率有关。因此，将均方误差作为混合波束成形的备选优化目标具有重要意义。实际上，即使在现有的一些以频谱效率为目标的混合波束成形设计中，混合接收组合矩阵也是通过最小化均方误差而不是最小化频谱效率来优化的。在D.H.N.Nguyen、J.Lee和V.Stankovic[18]的研究中，基于最小均方误差(mininummean-squareerror,MMSE)准则的预编码设计也能获得良好的频谱效率。在毫米波系统中，利用最小均方误差准则设计混合波束成形已经有了一些工作。在D.H.N.Nguyen[18]的研究中，针对发射端混合最小均方误差的预编码问题，作者提出了一种基于正交匹配追踪的算法。为了提高系统性能，在J.Cong[12]的研究中，作者直接解决了最小均方误差预编码问题，并提出了一种基于通用特征分解方法的算法。在R.Mai[19]的研究中，作者将混合最小均方误差预编码问题转换为分解最优全数字最小均方误差预编码问题。在作者后来的工作中，作者进一步考虑了混合最小均方误差合成器的优化，目的是最小化混合合成器与全数字合成器之间的加权近似差距。然而，所有这些工作都只是考虑了窄带场景，不能直接扩展到宽带场景，而适合毫米波通信系统更适合在宽带场景之下。针对大规模多用户多输入单输出系统，O.ElAyach[9]提出了一种基于毫米波信道稀疏特性的算法。结果表明，最优全数字波束成形器与全混合波束成形器之间的Frobenius范数可以近似地解决毫米波信道的频谱效率最大化问题。J.Cong[12]采用一种压缩感知算法，设计出的混合波束成形器呈现出三种特性：两端使用极多天线时性能良好;射频链的数目严格大于数据流的数目;假设信道矩阵有相关性。但在其他情况下，理论最大容量与J.Cong采用的算法的可达速率之间存在较大差距。对于拥有K个用户的下行多输入单输出系统,L.Liang[13]的研究显示,混合波束成形与K个连锁射频基站可以