面向3D MIMO的协作传输技术以及无线资源调度算法研究

发布时间：2018-03-25 03:18

  本文选题：3D　切入点：MIMO　出处：《东南大学》2015年硕士论文

【摘要】：无线MIMO传输是现代移动通信的重要研究方向,随着天线技术的不断发展,MIMO技术的研究已逐渐从二维(2D)平面发展到三维(3D)空间,从中小尺寸MIMO发展到大规模MIMO。大规模3D MIMO传输技术可以充分开发垂直维度自由度,在三维空间内进行波束赋形,由此获得更高的空分复用增益。本文将面向新一代移动通信的发展趋势,探索高效的3D MIMO传输技术,着重研究3D MIMO传输的波束特征、FDD模式下的有限反馈3D MIMO传输及多用户调度技术,以及异构网络下基于大规模3D MIMO的协作波束赋形技术。论文主要工作和创新点如下：首先本文研究了多用户MIMO传输技术,重点对基于码本的多用户有限反馈系统进行了探究,详细分析比较了三种基于码本的有限反馈预编码方案,分别为一般反馈方案NFS,最优同伴配对BCP以及最优同伴群BCC。然后本文研究了3D MIMO的信道与码书设计。研究3D MIMO信道模型以及相应的天线阵列模型,并详细分析了三维码字以及三维信道的统计特性。MATLAB仿真结果表明3D MIMO信道的自相关满足第一类零阶贝塞尔函数；由绘制的三维码字的方向图可知,所研究的3D MIMO码本中的垂直码字控制仰角,水平码字控制方位角；并且三维信道和二维信道都具有空间稀疏性。接着本文研究了基于有限反馈的3D MIMO多用户传输方法。提出一种基于水平方向和垂直方向码字直积的3D MIMO码本设计方案,并重点提出两种垂直码本设计方法,然后研究基于码本的有限反馈方案以及有效的多用户调度策略。MATLAB仿真结果表明所提的垂直码本设计方案充分利用空间垂直维度,相对垂直DFT码本进行了更合理的垂直空间分割,更好地匹配了信道,显著提高了系统频谱利用率和吞吐量性能。最后本文研究了面向大规模3D MIMO的异构网络协作波束赋形方法。提出一种面向异构网络的协作波束赋形方案,通过宏基站侧分层预编码的设计有效解决异构网络的跨层干扰。此方案只利用宏微小区间统计信道信息的交互,通过动态关闭波束有效地抑制宏基站对微小区用户的干扰。并且本文将此方案在3D MIMO场景下进行了扩展。通过MATLAB仿真表明,当基站天线数足够多时,所提方案能有效解决异构网络跨层干扰问题。
[Abstract]:Wireless MIMO transmission is an important research direction of modern mobile communication. With the continuous development of antenna technology, the research of MIMO technology has gradually developed from two-dimensional plane to three-dimensional space. From small and medium size MIMO to large scale Mimo. Large-scale 3D MIMO transmission technology can fully develop the vertical dimension degree of freedom and beamforming in three-dimensional space. In this way, we will obtain higher gain of space-division multiplexing. In this paper, we will explore the efficient 3D MIMO transmission technology for the development trend of the new generation mobile communication. The finite feedback 3D MIMO transmission and multi-user scheduling technology in 3D MIMO transmission are studied in detail. And the cooperative beamforming technology based on large-scale 3D MIMO in heterogeneous networks. The main work and innovation of this paper are as follows: firstly, the multi-user MIMO transmission technology is studied, and the multi-user limited feedback system based on codebook is studied. Three limited feedback precoding schemes based on codebook are analyzed and compared in detail. Then we study the channel and codebook design of 3D MIMO, and study the 3D MIMO channel model and the corresponding antenna array model. The simulation results of 3D MIMO channel show that the autocorrelation of 3D MIMO channel satisfies the zero-order Bessel function of the first class. The vertical codeword control elevation angle and horizontal codeword control azimuth angle in 3D MIMO codebook are studied. And both 3D channel and two-dimensional channel have spatial sparsity. Secondly, a 3D MIMO multiuser transmission method based on finite feedback is studied. A 3D MIMO codebook design scheme based on horizontal and vertical direct product of codewords is proposed. Then the finite feedback scheme based on codebook and the effective multi-user scheduling strategy. MATLAB simulation results show that the proposed vertical codebook design scheme makes full use of the vertical dimension of space. Compared with the vertical DFT codebook, the vertical space is partitioned more reasonably and the channel is better matched. The spectrum efficiency and throughput performance of the system are improved significantly. Finally, the cooperative beamforming method for large-scale 3D MIMO is studied, and a cooperative beamforming scheme for heterogeneous networks is proposed. The cross layer interference of heterogeneous networks is effectively solved by the design of hierarchical precoding on the side of the macro base station. This scheme only uses macro and micro interval statistics channel information interaction. By dynamically closing the beam, the interference of the macro base station to the microcell user is effectively suppressed. Furthermore, the scheme is extended in 3D MIMO scene. The MATLAB simulation shows that when the base station has enough antennas, The proposed scheme can effectively solve the problem of cross-layer interference in heterogeneous networks.
【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】：TN929.5

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本文编号：1661309