面向5G的毫米波Massive MIMO上下行链路方案设计

王志兵 李杏清 鲍晶晶

（1.东莞职业技术学院 广东省东莞市 523808 2.广东创新科技职业学院 广东省东莞市 523960）

随着移动通信技术的不断发展及大数据、云计算、人工智能、物联网等新技术的出现，通信技术通过不断地与新技术融合，从而向社会各领域渗透，催生了大量的新兴业务，如智慧城市，自动驾驶，智慧农业、全息视频、浸入式游戏等。4G 技术在峰值速率、带宽、延时等方面已无法满足新兴业务的新需求，新应用场景等的要求。2015年，我国IMT-2020（5G）推进组发布了5G 概念白皮书[R][1]，归纳了5G 主要 技术场景、关键挑战和关键技术，形成了5G 概念。国际电信联盟（ITU）在 2015年正式给5G 命名，依据不同的业务需求和应用场景，定义了 移动增强宽带、机器类大规模通信和超可靠低时延类通信三大5G 场景[2]。2018年 6月，5G 移动通信技术标准的方案在美国获得国际标准组织批准并发布，标志着5G 标准得到正式认可[3]。5G 技术呼之欲出，它将为万物互联和大数据时代提供良好的通信保障[4]。

在国内，我国高度重视5G 移动通信技术的发展，根据国家《“十三五”国家信息化规划》要求，加快推进5G 技术研究与产业化，到2020年，5G 完成技术研发测试并商用部署。5G sub-6G 低频段即将商用，但sub-6G 可用带宽窄，峰值速率上限不能满足5G 时代峰值速率需求，毫米波(Millimeter Wave)的可用频带宽可满足5G时代峰值速率和带宽需求，引入毫米波通信技术成为必然[5]。在目前已提出的各中预编码算法基础上改进得到一种适合毫米波传输的低复杂度的预编码算法

随着科学技术的快速发展，建筑工程引入了新材料、新设备、新工艺和新技术，这给建筑行业提出了更高的标准要求，同时给建筑安全标准化管理体系也带来了难题。建筑企业及施工管理人员不及时更新安全标准化管理，就没有办法适应当下的新变化。只有建筑安全标准化管理稳步和建筑市场实现共同进步，不断的更新和完善新的标准要求，才能让建筑行业的安全问题有指导依据。

1 单用户混合波束赋形技术预编码算法设计

基于部分连接系统的单用户混合波束赋形技术预编码算法，设置最大化系统的最高数据传输速率为目标函数。而基于全连接结构系统的混合预编码算法，既设计了模拟预编码矩阵，又设计了数字预编码矩阵，设置最小全局预编码矩阵与最优全局预编码矩阵的欧氏距离为目标函数，这样就可以解决模拟预编码存在硬件结构约束和全局最优解难求的问题，但是，这种算法硬件开销大，对模拟移相器的需求大。

针对以上问题，本课题提出一种改进的基于部分系统的混合波束赋形技术预编码算法，单用户混合波束赋形技术系统框图如图1所示，该算法采用级联式的混合预编码方法，只针对部分连接系统，既可以解决模拟预编码存在的因硬件结构约束难以求最优解的问题，又可以解决全链接结构硬件开销大的问题。

波束赋形技术混合预编码算法前面为部分连接模拟预编码设计，后面为部分连接数字预编码设计，该算法先进行模拟预编码，然后通过数字预编码求得局部最优解，最后针对不同信噪比场景设计出部分连接系统的混合预编码算法，这样，对于每一种信噪比，算法的优化问题都可以比拟为单路径最优编码问题，从而求得最优解，通过仿真实验对所提改进算法的结果进行分析，并对信道状态反馈进行了估计。

改进的QAM 调制技术要求信道带宽大于或者等于码元速率，必要的情况还可以增加一部分带宽，与QAM 调制技术相比，改进的QAM 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。

图1：单用户波束赋形技术系统框图

2 上行链路数据传输方案设计

基站接收信号的时候，接收信号先进行ADC 变换，然后进行下变频处理，通过OFDM 技术进行解调，最后经过信道估计，信道均衡化和噪声消除，利用改进的QAM 算法进行信号解调，得到接受数据。

改进的QAM 采用混合矢量调制，将模拟矢量和数字矢量混合在一块，然后将最后的输入比特映射到一个复平面上，转换成调制信号，这样，信号矢量分别对应着复频域的实部I 和虚部Q，然后采用改进的QAM 在相互正交的载波上进行信号调制，这样与QAM 调制相比，其频谱利用率得到了很大的提高。

用户在接受信号的时候，先进行ADC 变换，然后进行下变頻处理，先把射频信号转变为基带信号，然后进行OFDM 解调，最后通过本地导频信号对下行信道进行预估计，数据均衡化，消除干扰，通过改进的QAM 解调算法进行信号解调，还原出基站端发送的数据信号。

服装上选用了四套具有时尚和潮流风格的衣服，既带有很强的独特性，又可以很好地展现出人物的性格。发型上给模特剪了寸头，因为寸头在某种程度上带有一种仪式感，可以给人一种超凡脱俗的感觉。妆容上没有做过多的修饰，只是给模特化了一点淡妆。

在Massive MIMO 系统中，由于在基站引入大规模天线阵列，随着天线数和处理数据量的急剧上升，大大增加了系统实现的硬件复杂度和计算复杂度，所以设计适合的上/下行链路数据传输方案就显得尤为重要。针对以上问题，本课题基于改进的QAM 调制算法，设计一种上行链路数据传输方案，其设计框图如图2所示，假设当前发送的信号是导频信号，系统可以通过本地导频序列产生插入导频信号，先进行OFDM 调制处理，然后对信号进行上变频处理，DAC 转换，把有用信号转变成适合天线发射的已调信号，最后通过天线发射出去。假设当前发送的是数据信号，那么先通过改进的QAM 进行信号调制，然后经过信道均衡化，信道估计，消除干扰，最后进行OFDM 调制、上变频处理、DAC 变换，通过天线发射出去。

图2：上行链路数据传输方案框图

图3：下行链路数据传输方案框图

3 下行链路数据传输方案设计

本文结合毫米波的稀疏特性，分析对比混合波束赋形技术和机会波束赋形技术，改进了基于单用户的波束赋形技术预编码算法；通过改进预编码算法及QAM 调制/解调算法，降低系统实现的硬件复杂度和信号处理复杂度，提高频效和功效，设计了一种可行的上/下行链路数据传输方案，实验结果表明，该方案在低系统成本的情况下提高了角度分辨率，有效地提升了系统整体性能，减少了功率损耗。

“一切自在的客体为主体所掌握都要经过主体已有的心智结构(包括已经内化了的知识、观念及思维模式等)的筛选与转换。”换言之,个体素质形成与发展的水平,在很大程度上就取决于个体将周围的精神文化有选择地逐步内化这个过程。对所参照的人格规范及价值体系的内化,决定着个体的理想自我的形成。教育活动中向学生所提出的外部的、客观的知识、规范,只有通过“内化”才能成为学习主体内部的知识和规范。考察职业院校学生责任文化素质形成的过程,其内化是一个由认知转化、知能转化、知行转化相辅相成的综合统一、反复交错的动态开放系统。

4 结束语

在上行链路数据传输方案设计的基础上，改进QAM 解调算法的下行链路数据传输方案，设计框图如图3所示，对于下行链路，基站把发送给多用户的数据通过改进的QAM 调制算法先进行调制，然后依据上行信道和信道调制后的混合矢量进行预编码，最后对预编码后的信号进行OFDM 调制及校准，数据校准后先进行上变频，然后进行DAC 变换，最后通过天线发送出去。