滑动大规模MIMO的信道特征分析和链路优化

发布时间：2020-03-24 21:03

【摘要】：为了满足新一代无线通信在接入、数据传输和时延等方面的要求,5G网络在系统配置和结构方面,与4G相比呈现很大变化,大规模MIMO天线阵列将用于5G系统中。与传统的MIMO信道相比,大规模MIMO场景下电磁波的传播特性变得更加复杂,远场效应不再成立,信维道衰落和信道相关性也呈现新的特性。传统的二维模型无法准确描述大规模MIMO信道,三模型引入复杂的几何关系,使信道建模的任务变得更为艰巨。本论文研究了大规模MIMO场景下的三维信道建模方法和过程,具体的研究内容包括:1.研究了 MMO系统的信道建模方法,从大尺度衰落和小尺度衰落方面分析了不同建模方法的区别。正弦波叠加法可以得到多条衰落信道,但是无法对天线间的相关性进行描述;SCM模型考虑了天线间的几何关系,能够描述MIMO系统的空间相关性;确定性信道模型基于射线追踪技术,具有较高的准确性同时计算复杂度也较高;Kronecker模型是一种简化的相关模型,分别描述接收天线间的相关性和发送天线间的相关性,减小了信道分析的复杂度。2.基于5G场景,对MIMO的统计信道建模方法进行了演进,在传统MIMO信道模型中,MIMO天线阵列的总体尺寸较小,每个天线元看到的散射体可以认为是相同的,而大规模MIMO天线阵列的尺寸较大,论文考虑了散射体在天线阵列轴上相应于不同天线元的出现和消失。'仿真研究了信道的空间、时间和频率相关性,并与与测量结果进行了对比,在考虑了天线阵列轴方向上的散射体生灭过程后,所构造的信道模型更加符合实际信道。基于所构造的模型,分析了天线选择方案下的信道平均容量和奇异值分布,并确定了一种提高信道容量的天线选择方法。3.将MIMO确定信道建模方法推广到大规模MIMO,将建模环境分为白天和夜晚两种不同的情形,对白天可能出现的一些车辆、行人等障碍物进行建模。仿真研究了不同时间、不同位置、不同移动方式的信道特性,分析了信道的瞬时容量。4.提出了一种基于神经网络的信道建模方法,该方法采用SAGE(space-alternating generalized expectation-maximization,空间交替广义期望最大)算法,并考虑估计的信道参数与散射体位置信息的对应,减小了信道估计的误差。将信道建模问题归结为机器学习中的回归问题,利用多层前馈神经网络能以任意精度逼近任意复杂度的连续函数特性构建信道模型的参数。经分析和仿真,发现基于神经网络的信道模型与SAGE建模方法相比更接近于实际信道。
【图文】：

逦Ｉ逡逑快衰落｜逦｜慢衰落逡逑图１－１基于衰落机制不同的信道模型的分类逡逑１．１信道建模逡逑１N１大尺度衰落逡逑路径损耗会在较长的距离上（１００ｍ￣１０００ｍ）引起接收功率的变化，而阴影衰落则逡逑会造成障碍物尺度距离上（室外环境是１０ｍ？１００ｍ，室内更小）功率的变化，二者都是逡逑在相对较大的距离上引起功率变化，称为大尺度传播效应。因此大尺度衰落产生的原因逡逑有两个：信号的路径损耗和大尺寸的障碍物形成的阴影。路径损耗随着距离的增加而增逡逑加，描述了信号功率的平均衰减情况；阴影衰落损耗沿着平均路径损耗变化，使接收功逡逑率在均值上下波动。逡逑大尺度衰落信道的模型，根据计算方法的实测和理论性，可以分为经验模型、确定逡逑性模型和半确定性模型。经验模型是根据大量的测量结果统计分析后导出的公式，如逡逑ＨＡＴＡ模型、ＣＯＳＴ邋２３１模型；确定性模型是对具体的现场环境直接应用电磁理论计算逡逑的方法，如自由空间模型、射线跟踪模型、时域有限差分法（ＦＤＴＤ）和矩量法（ＭｏＭ）及这逡逑些方法的混合方法等确定性建模技术；半确定性模型是基于确定性方法用于一般的市区逡逑或室内环境中导出的等式

３ＧＰＰＴＲ２５．９９６中提出的ＳＣＭ邋（ｓｐａｔｉａｌ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｍｏｄｅｌ，空间信道模型）是基于几何逡逑学的空间信道模型，包含了一个出于校准的抽头延迟线模型和一个为系统级仿真设计的逡逑随机模型，可对基站和用户设备（ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，邋ＵＥ）空间特性进行实际建模。图１－５逡逑为空间模型参数的几何关系，其中和分别是基站（ＢＳ）和接收端（ＭＳ）的天逡逑线阵列角，％ｓ和＆分别是ＢＳ和ＭＳ之间ＬＯＳ方向与各自天线阵列法线方向之间的夹逡逑免，和＆遍分别是ＢＳ和ＭＳ之间第ｎ条路径的ＡＯＤ和ＡＯＡ，和？＾＾分逡逑别是ＢＳ和ＭＳ之间第ｎ条路径的第ｍ条子径ＡＯＤ和ＡＯＡ的偏移量，ｖ为ＭＳ的移动逡逑速度，，为ＭＳ的移动方向和天线阵列法线方向的夹角。逡逑—逡逑一＼？？一ｉ逦ｕｒ？｜逡逑逦卜＂＾邋Ａｓ天战阵到垂直方向逦１邋ｍｓ天线阵内逡逑＊＊逦＼逦ＭＳ移：动方向逡逑＇逦ＢＳ天线降刊蕃直方向逡逑图１－５模型空间参数的几何结构Ｗ逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨劲松;冯锡生;;关于信道容量的计算方法[J];北方交通大学学报;1983年01期

2 张星梅;;基于ADSL技术的铜双绞线信道容量分析[J];计算机与数字工程;2010年03期

3 彭纪纲;一类输入受限码信道容量的估算[J];华中工学院学报;1985年S3期

4 张远平;王雅;仲波;;二维受限编码信道容量的分析[J];科学技术与工程;2006年24期

5 王影星;;有限信道容量下网络化随机系统的H_∞控制[J];通讯世界;2015年24期

6 程珍;林飞;雷艳静;赵慧婷;;基于扩散的分子通信模型的信道容量分析[J];系统仿真学报;2018年06期

7 邵敏;王士欣;;基于空间相关性的信道反馈方案[J];通信技术;2018年02期

8 颜传伟;;CCCH信道容量规划与实际应用过载问题的分析[J];广西通信技术;2012年03期

9 刘赛男;李晖;张蕊;;矿井MIMO-OFDM通信系统信道的建模与仿真[J];大连民族大学学报;2018年03期

10 田怡;;关于通信类课程中信道容量的计算问题的几点探讨[J];科教文汇(中旬刊);2008年01期

相关会议论文 前10条

1 周小林;方朝曦;;考虑阴影衰落的分布式多天线正交频分复用系统的信道容量研究[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年

2 朴大志;李启虎;孙长瑜;;两种典型浅海水声MIMO信道容量的研究[A];2005年全国水声学学术会议论文集[C];2005年

3 王谦;岳殿武;;具有同信道干扰的MIMO各态历经信道容量研究[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年

4 陈祥;陈巍;;时变衰落双向中继下行信道的信道容量和功率分配[A];第十七届全国青年通信学术年会论文集[C];2012年

5 张彤;;区块链安全性问题中数字签名潜信道分析[A];第十二届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2018年

6 吴国伟;姚琳;张丽艳;;OFDM系统最大信道容量时域均衡算法研究[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年

7 孟祥楠;李光球;;选择合并自适应协作通信系统的容量分析[A];浙江省电子学会2010学术年会论文集[C];2010年

8 芮贤义;;干扰受限环境下多输入多输出-最大比合并系统的容量和误符号率分析[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年

9 齐俊璇;文双春;;交叉相位调制对密集波分复用系统信道容量的影响[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

10 刘金华;汪彦龙;戴继生;;联合能量约束下最大信道容量的线性多输入多输出预编码设计[A];2015光学精密工程论坛论文集[C];2015年

相关重要报纸文章 前4条

1 记者 桂运安;中科大创造量子密集编码信道容量世界纪录[N];安徽日报;2018年

2 陈代寿;MIMO提高信道容量[N];中国计算机报;2005年

3 赵永新 谢婷婷;我国首次实现量子指纹识别在信道容量上突破经典极限[N];人民日报;2016年

4 ;MIMO与OFDM技术[N];中国高新技术产业导报;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 贺丹;第二类窃听信道若干扩展模型的安全容量[D];西安电子科技大学;2017年

2 罗振东;MIMO无线通信系统的关键理论与技术研究[D];北京邮电大学;2006年

3 赵慧;MIMO系统中信号检测技术的研究[D];北京邮电大学;2006年

4 袁伟娜;基于新型训练序列的多天线移动通信信道估计[D];西南交通大学;2007年

5 赵振山;基于信道统计信息的MIMO系统发射端最优设计[D];上海交通大学;2007年

6 冯绍鹏;多天线OFDM无线通信系统中信道估计等问题的研究[D];北京邮电大学;2007年

7 李永华;空时相关多天线通信系统的有效性研究[D];北京邮电大学;2007年

8 吕剑刚;多入多出无线通信技术研究[D];北京邮电大学;2007年

9 李长青;UWB-OFDM系统中若干关键技术的研究[D];北京邮电大学;2007年

10 陈继明;MIMO-OFDM系统中信号检测和信道估计关键技术研究[D];电子科技大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄福朋;高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

2 李雪;水声MIMO-OFDM迭代稀疏信道估计与均衡技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

3 杨锦;滑动大规模MIMO的信道特征分析和链路优化[D];东南大学;2018年

4 梁恒浩;SC-FDE系统信道估计和均衡研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2018年

5 王祖魁;基于LTE-A系统通信协议的隐信道构建与检测方法研究[D];中国科学技术大学;2018年

6 赵天;毫米波MassiveMIMO系统波束选择与信道估计研究[D];江西理工大学;2018年

7 魏栋栋;认知传感网中信道容量优化方法研究[D];安徽大学;2018年

8 魏梦颖;基于张量压缩感知的MASSIVE MIMO系统联合信道估计[D];东北电力大学;2018年

9 毛祥芳;无线信道模型仿真及建模方法的研究[D];天津大学;2017年

10 杨路遥;基于统计模型的3D MIMO信道建模技术研究[D];电子科技大学;2018年

本文编号：2598852