大规模MIMO多用户传输系统级仿真

发布时间：2017-11-21 08:14

  本文关键词：大规模MIMO多用户传输系统级仿真

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【摘要】：随着无线通信技术的发展和互联网技术的不断普及,移动通信对数据传输的需求与日俱增。多输入多输出(MIMO)技术可以在不增加频谱资源的情况下,成倍地提高系统吞吐量,近年来在工业界和学术界得到广泛关注。大规模MIMO技术通过在基站侧配置大规模天线阵列,大大提高频谱效率和信号传输质量,在频谱资源日趋紧张的今天,成为面向5G的无线通信中的关键技术。波束域传输方案通过信道的空间特性进行多用户传输,可以在较低的复杂度下实现大规模MIMO多用户传输性能。本文从系统级仿真角度对大规模MIMO波束域传输方案进行研究,通过对大规模MIMO的仿真需求分析构建高效的系统级仿真平台,并对大规模MIMO波束域的传输方案进行性能评估。首先,本文研究了大规模MIMO下的波束域下行链路多用户传输方案。通过研究大规模MIMO空间信道的特点,在物理信道模型下对空间信道的发送相关阵的统计特点进行分析,得到发送天线趋于无穷时发送相关阵的特征矩阵为DFT阵,并且统计信道信息与频率无关。利用大规模MIMO的空间信道特性,得出波束域传输表达式及统计信道信息的获取方法。在调度优化模型方面,通过对波束域多用户传输和速率优化问题的研究,得出最优传输方案下每个用户使用不同的波束进行传输。从而,提出波束域下行链路传输方案,其特点为经过调度后每个用户在其波束所确定的子信道上进行传输。接着,本文讨论了大规模MIMO系统级仿真平台的构建。参考LTE系统级仿真平台的基本原理与实现方案,对通信过程中的各个元素进行建模,包括小区拓扑结构、用户移动性处理模型、传播衰落模型、链路级与系统级仿真接口、自适应编码调制、HARQ处理的基本模型和实现方法。其中对大规模MIMO多径信道模型进行了研究,通过利用对信道实现中不同维度的相关性对信道生成过程做出优化。通过的计算预处理和路径收缩等方法大大减少计算资源和存储资源,实现了大规模MIMO信道模型并验证其在不同场景下的高效性和正确性。同时通过对系统级仿真平台的架构和实现方式进行讨论,搭建基于C++的大规模MIMO系统级仿真平台。最后,本文对大规模MIMO波束域下行链路多用户传输方案进行了仿真验证。大规模MIMO波束域传输方案的系统级仿真平台架构由计算驱动,集中计算所需的数据可以便于各模块的优化。根据大规模MIMO波束域传输方案的特点,分析了在空间信道下和波束域传信道下系统级仿真多用户干扰计算的复杂度,通过利用稀疏矩阵进行预编码减少仿真的计算量。在波束域传输方案下,讨论了不同调度算法及其复杂度,通过在贪婪算法和简化贪婪算法中加入正比例公平因子调整调度方案的公平性,并讨论了干扰噪声水平的准确获取对调度结果的影响,将调度算法扩展到多小区。仿真结果显示,大规模MIMO在信道角度扩展较小的场景中可以达到很好的性能；大规模波束域传输方案可以达到大规模MIMO信道的基本传输性能：在基站侧配置数十根天线时,天线数量的增加仍能导致系统性能的提升。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3

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本文编号：1210257