毫米波大规模天线系统中低复杂度接收机的研究.pdfVIP

摘要

随着通信技术的高速发展，在2020年5G商用计划的推动下，人们更加深入地研究5G毫米

波通信系统。在毫米波大规模天线系统中，接收机的结构设计和信号处理方法是一项非常关

键的研究技术。在传统接收机下，由于天线数量有限，所以可以支持每根接收天线连接一条

射频链路。但在毫米波大规模天线系统中，大规模的天线阵列无法承担起这么多数量的射频

链路，因为射频链路的功耗大、成本高、复杂度高，对建设空间有限制。尽管在现有的文献

中提出了多种关于混合模拟/数字的结构，可以有效地减少射频链路的数量。但是，这些接收

机的操作都是基于假设基站知道准确信道状态信息的前提下。实际上，这种假设是很难在现

有的硬件结构中实现，这意味着这些接收机可能需要为信道估计专门设计另一种方案或设备，

这样会增加成本和复杂性。结合以上情况分析，对毫米波接收机的研究涉及到以下两个方面：

一、射频链路的功耗问题，如何有效减少射频链路的数量，设计新型低复杂度的毫米波接收

机结构；二、针对接收机的结构特征，如何设计相应的信道估计方法。

本论文针对单用户和多用户的毫米波系统模型，考虑在上行链路中，设计了一款新型毫

米波大规模天线系统中低复杂度的接收机，并且针对此接收机的结构特征，特别设计了相应

的信道估计方法。具体研究成果包括以下两个方面：一方面，针对毫米波大规模天线上行链

路中，研发了低复杂度，低功率损耗，低建设成本，低空间建设面积的基站接收机结构，有

效地减少了射频链路和模数转换器的数量，可分别适用于单用户和多用户系统；另一方面，

在基站无法知道准确信道状态信息的前提下，针对此毫米波接收机的结构特征，进一步研究

了相应的信道估计方法及信号处理方式。仿真结果显示新提出的毫米波接收机的误码率性能

相较于传统全数字式的接收机仅略有损失。但从硬件设备上考虑，本文提出的毫米波接收机

大大减少了射频链路和模数转换器的数量，从而大大降低了功率损耗、建设成本、空间占有

面积，并且提高了空间利用率。

关键词：大规模天线系统,毫米波接收机,信道估计,单用户和多用户系统,射频链路

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofcommunicationtechnology,underthepromotionofthe5G

commercialplanin2020,peoplehaveresearchedon5Gmillimeter-wavesystemmoredeeply.On

thelarge-scaleantennamillimeterwavesystem,itisaverycriticaltechnologyaboutthereceiver

structureandsignalprocessing.ThenumberofantennasislimitedontheconventionalMIMO

receiver,soitispossibletosupportoneradiofrequency(RF)chainforeachreceivingantenna.

However,theconventionalMIMOreceiversneedtousealargenumberofRFchainsandanalogto

digitalconverters.However,inmillimeter-wavecommunicationsystems,large-scaleantennaarrays

cannotaffordalargenumberofRFchains,whichhavelargepowerconsumption,highcost,high

complexity,andlimitedspace.Althoughtherearemanykindsofexistingreceiversthatcanbe

developedtoreducethe