毫米波大规模MIMO系统：部分连接混合预编码新方案

"毫米波大规模MIMO中基于部分连接的混合预编码方案" 本文主要探讨了在毫米波大规模多输入多输出(MIMO)通信系统中，如何优化预编码技术以提高系统性能并降低硬件成本和功耗。传统的全连接混合预编码方案在实现上可能面临高复杂度和高能耗的问题，因此，研究者提出了部分连接的混合预编码策略。 在毫米波通信中，由于可用频谱带宽宽，能够提供极高的数据传输速率，但同时也面临着路径损耗大、信号易受干扰等问题。大规模MIMO技术通过部署大量天线来增强信号质量和容量，然而，当天线数量增加时，全数字化的预编码和解码方案会变得不切实际，因为这将需要大量的射频(RF)链路，从而导致硬件成本和功耗显著增加。 为了解决这个问题，该研究提出了一个部分连接的混合预编码方案。在这个方案中，发送端采用部分连接架构，即部分天线与RF链路相连，减少了所需的RF链路数量。首先，通过等效信道的奇异值分解(SVD)来设计数字预编码矩阵和数字合并矩阵，以最大化系统吞吐量和信道容量。接着，利用模拟预编码矩阵的块对角化特性，将等效信道分块处理，寻找最优的模拟预编码矩阵。这一方法可以有效地减少计算复杂性，同时保持良好的信号质量。 此外，为了进一步降低功耗和成本，研究者还提出了一种接收端也为部分连接的预编码方案。在这种配置下，通过迭代交替更新的方式优化模拟预编码矩阵和模拟合并矩阵。尽管这种部分连接的方案在性能上可能略逊于基于可持续干扰消除法(SIC)的全数字接收混合预编码方案，但其优势在于显著降低了系统的功耗和硬件成本。 仿真结果验证了该部分连接混合预编码方案的有效性。对比基于SIC的混合预编码，全数字接收的方案在性能上具有优势，而部分连接的接收端则在牺牲少许性能的同时，实现了显著的能效优化。这一研究为毫米波大规模MIMO系统的预编码设计提供了新的思路，对于未来高效率、低能耗无线通信网络的构建具有重要意义。 关键词：毫米波；大规模MIMO；混合预编码；块对角化；部分连接；奇异值分解；功耗优化