MIMO通信系统波束形成与天线选择研究

发布时间：2017-04-12 01:08

  本文关键词：MIMO通信系统波束形成与天线选择研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线通信技术是当今世界快速发展和最具活力的行业之一。随着无线用户的增长,出现了诸如高数据率、高频谱效率以及高能量效率等关键性挑战。面对这些挑战的有效解决方案是应用大规模多天线系统和中继转发,但与此同时,为了节省射频单元的高昂费用以及硬件复杂度且保持或提高系统的相关性能,联合波束形成与天线选择技术是具有前景的研究课题。这是因为波束形成是根据已知信道状态信息并通过一系列的加权,从而使得该系统能到相关性能提升,同时运用天线选择技术可以在非大量性能损失的前提下更大的节省不必要的能源开支。本文将围绕MIMO通信系统中波束形成与天线选择的算法进行研究,主要研究内容如下:首先,对现有经典的天线选择技术与波束形成技术进行了概要的介绍、仿真以及对比各算法的优势和缺点,即对现有技术进行总结。接着,分别在大规模MIMO通信系统、单向放大转发MIMO中继通信系统、双向译码转发MIMO中继通信系统中提出了对应的波束形成与天线选择的方案。尽管传输、接收波束形成技术在通常规模的MIMO中应用甚广,但在大规模的MIMO通信系统中,学者们对波束形成技术研究甚少,即便如此,大多也只关注于接收波束形成。本文将在大规模MIMO中提出一种联合发射天线选择和波束形成技术。从大量仿真结果的比较,进一步说明了本文提出的方案在系统容量、可达速率、输出信噪比、条件错误对概率上都具有良好的性能。在MIMO中继通信中,现有文献优化目标通常是单单关注于最大化信道容量或是最大化信噪比,本文将在单向放大转发MIMO中继通信系统上提出一种能量效率的天线选择和波束形成方案。所提出算法可以联合优化传输功率、可激活天线数目和选择天线子集,另外,推导了能量效率倒数曲线的累积分布函数用来验证仿真结果。传统上,学者们在双向译码转发MIMO中继通信系统中通常假设中继节点与两源节点是等距离情况,然而面对非对称情况,本文提出一种分步的波束形成与天线选择算法。第一步,运用了非迭代的简便算法来进行天线选择从而降低RF链路的高昂消费。第二步,修正的波束形成策略可以用来抵抗非对称情况。大量的仿真结果验证了本文方案在面对非对称情况下的优秀性能,在对称情况下的性能是相当的。最后,文末对本论文进行了总结,提出了文本的优势以及不足之处。对未来可研究的项目进行了展望。
【关键词】：多输入多输出 中继 天线选择 波束形成 能量效率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3;TN820
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 MIMO无线通信系统中天线选择技术17-18
• 1.3 MIMO无线通信系统中波束形成技术18-19
• 1.4 论文大纲19-20
• 第二章 MIMO无线通信系统模型和性能参数20-25
• 2.1 MIMO系统模型20-21
• 2.2 MIMO中继系统模型21-22
• 2.3 性能相关参数22-24
• 2.3.1 信道容量22-23
• 2.3.2 信噪比23
• 2.3.3 误码率23-24
• 2.3.4 中断概率24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 经典天线选择算法和波束形成算法25-35
• 3.1 经典的天线选择算法25-30
• 3.1.1 穷搜法25-26
• 3.1.2 递增法26-28
• 3.1.3 Frobenius范数法28
• 3.1.4 随机法28-29
• 3.1.5 特征值估计法29
• 3.1.6 经典天线选择算法比较29-30
• 3.2 经典的波束形成算法30-34
• 3.2.1 MRT/MRC30
• 3.2.2 SDT/SDC30-32
• 3.2.3 EGT/EGC32-33
• 3.2.4 经典波束形成算法比较33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第四章 大规模MIMO通信中联合传输天线选择与波束形成算法35-51
• 4.1 大规模MIMO通信系统模型36-38
• 4.2 联合传输天线选择和波束形成算法38-41
• 4.3 算法描述41-42
• 4.4 性能分析42-45
• 4.4.1 累积分布函数42-43
• 4.4.2 条件错误对概率43-45
• 4.5 仿真结果45-50
• 4.6 总结50-51
• 第五章 绿色MIMO中继通信中能量效率的天线选择51-68
• 5.1 MIMO中继通信系统模型52-54
• 5.2 能量效率天线选择算法54-55
• 5.3 算法描述55-57
• 5.4 能量效率倒数的CDF性能表述57-62
• 5.4.1 范数天线选择法中信道子集的分布57-58
• 5.4.2 矩阵最大特征的分布58-60
• 5.4.3 MIMO模型下 1/EE的累积分布函数60-62
• 5.4.4 AF中继MIMO模型下 1/EE的累积分布函数62
• 5.5 与现有算法的比较62
• 5.6 仿真结果62-67
• 5.7 总结67-68
• 第六章 双向DF MIMO中继通信中联合天线选择和波束形成68-77
• 6.1 双向MIMO中继通信系统模型68-70
• 6.2 联合天线选择和波束形成70-72
• 6.2.1 天线选择71-72
• 6.2.2 波束形成（功率分配）72
• 6.3 算法描述72-73
• 6.4 仿真结果73-76
• 6.5 小结76-77
• 第七章 总结与展望77-79
• 7.1 总结77-78
• 7.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85
• 个人简历、硕士期间取得的研究成果85-86

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本文编号：300365