摘要: 随着移动通信技术的日益革新，人们将迈入新的通信时代即第五代移动通信(5G)。5G时代，大规模3D MIMO和波束成形作为5G网络中的关键技术，可以有效的增加频谱和能源效率并减少小区间干扰。由于3D MIMO增加了垂直维度空间分量，加上与大规模天线阵列结... 展开 随着移动通信技术的日益革新，人们将迈入新的通信时代即第五代移动通信(5G)。5G时代，大规模3D MIMO和波束成形作为5G网络中的关键技术，可以有效的增加频谱和能源效率并减少小区间干扰。由于3D MIMO增加了垂直维度空间分量，加上与大规模天线阵列结合，使得波束指向分辨率得到了极大的提高，但同时也大大增加了其波束形成的复杂度。因此在大规模3D MIMO系统中的波束形成算法的研究具有重要的意义。 本文在分析了3D MIMO技术原理、天线阵列结构、阵列接收信号模型以及常用波束成形算法后，针对大规模3D MIMO场景下的波束成形算法展开了研究。具体工作如下: 第一，对于大规模3D MIMO系统中的波束形成权值难以求得最优值的情况，在基于最大信泄噪比的准则下，采用智能粒子群优化算法对波束权值进行求解，大大降低了获得较优权值的计算复杂度。 第二，对于大规模3D MIMO系统中，采用标准粒子群算法求解权值存在的粒子易早熟、收敛速度不佳等问题，对标准粒子群算法进行了改进:首先，采用混沌初始化，使初始粒子分布更加合理，并且对每次迭代中超出空间范围的粒子位置进行混沌扰动，有效避免了粒子在局部极值处停滞过久难以跳出的情况;其次，综合考虑迭代次数与粒子性能对惯性因子的影响，对不同性能的粒子采取不同的惯性因子，使得粒子能减少对较差区域的搜索从而更充分搜索较优区域;再者，引入动态邻域算子，充分利用粒子群算法的共享机制，进一步增加粒子的多样性。 第三，对于实际波束形成过程中存在的导向矢量误差问题，基于改进的粒子群优化算法对导向失配因子进行校正，最大程度的降低失配因子;并在导向失配校正的基础上进行旁瓣约束，进一步降低了旁瓣干扰。最后对提出的算法进行了实验仿真，结果表明，该算法不仅可以形成方位指向较精确的波束，还同时完成导向失配校正以及旁瓣干扰降低，达到了波束方向图优化的效果。 收起