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随着通信技术的迅猛发展,人们对数据业务的需求促进了通信技术的发展。第五代移动通信提供至少10倍于4G的峰值传输速率、毫秒级的传输时延。然而,低频段已经无法满足5G的通信要求。毫米波大规模MIMO波束成形技术对提升5G性能有着显著的效果,但是它的实现却面临着一些实际的挑战。尤其是在纯数字域中实现大规模MIMO需要数百到数千个与天线数量匹配的射频链路和模数转换器,开销巨大。毫米波大规模MIMO中的波束成形不能完全在数字基带上执行,而纯模拟域中实现大规模MIMO尽管可以降低成本但是性能受到很大的限制。因此,作为一种经济有效的替代方案,考虑有限数量的射频链路和模数转换器,结合数字和模拟的混合波束成形受到广泛的关注。然而,尚未得到最佳的混合波束成形设计。本文首先针对单用户窄带毫米波系统设计混合的波束成形算法,针对全连接的混合波束成形结构,将混合的波束成形设计视为矩阵分解的问题,解耦混合波束成形中数字和模拟部分的设计,深入研究数字和模拟波束成形矩阵中元素的特点,分别求出其各自的数学表达式,并将交替最小化用于算法的设计,固定其中的一个交替迭代优化另一个,通过迭代优化最终找到与最优的纯数字域的波束成形矩阵几何距离最小的混合波束成形矩阵。这种方法避免了迭代搜索的过程并且不需要候选集合,具有较低的复杂度同时有接近最优的无约束的数字波束成形的性能。对于实际实现,所提出的算法进一步扩展到具有OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)宽带系统中,仿真对比显示在OFDM宽带系统中所设计的混合波束成形算法在频谱效率,复杂度等方面均具较好的性能。本文将混合波束成形方法的研究进一步扩展到多用户,针对多用户全连接的混合波束成形结构分析和研究多用户大规模MIMO系统中的混合波束成形算法,在多用户系统中,所有用户共用相同的模拟波束成形部分,但是不同的用户有自己的数字波束成形部分。将多用户混合波束成形的设计转化为多个单用户的设计,推导简化多用户混合波束成形设计的目标函数表达式。在算法的设计上先随机初始化模拟波束成形矩阵,然后在此模拟波束成形矩阵已知的条件下循环求出所有用户的数字波束成形矩阵,通过交替最小化迭代优化求出最佳的多用户混合波束成形矩阵,这种方法具有较高的灵活性,并且仿真显示所设计的混合的波束成形的算法性能接近无约束的全数字的波束成形算法性能。