毫米波能效混合波束成形架构与算法

本文研究毫米波通信系统中的能效混合波束成形架构及其算法设计，旨在解决现有混合波束成形因硬件灵活性低和功耗高而面临的挑战。为了解决现有混合波束成形的问题，提出了一种新颖的能效混合波束成形架构，在移相器网络的前后端引入射频 (RF) 开关网络，实现了 RF 链与移相器阵列以及天线阵列之间的动态连接。建立了所提架构的系统模型，包括数字预编码和模拟预编码过程，以及数模转换器 (DAC) 量化误差和移相器分辨率等实际硬件限制。为了最大化能效，本文推导了包含频谱效率和系统功耗的能效模型，并提出了一种基于块坐标下降的混合预编码算法，以迭代优化数字预编码矩阵、模拟预编码矩阵和 DAC 分辨率。在 NYUSIM 生成的毫米波信道下的仿真结果表明，在完整和部分信道状态信息下，所提混合波束成形架构和预编码算法比现有的代表性架构和预编码算法具有更高的能效，而与全连接架构相比其频谱效率损失小于 20%。