网络MIMO资源分配与性能分析

发布时间：2017-04-21 11:22

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【摘要】：网络MIMO传输技术对于充分利用空间资源、提升系统性能具有重要意义,可以有效的提高小区边缘用户的信噪比。尽管如此,在实际应用中,网络MIMO仍然面临诸多的问题和挑战。本文主要工作围绕网络MIMO传输技术在实际系统中所要解决的资源分配问题来展开。论文首先对室外LTE网络MIMO系统中的资源分配和干扰消除技术进行了研究。针对LTE下行链路,对以波束赋形为代表的功率分配方案进行了讨论。搭建LTE下行链路仿真平台,对3GPP TS 36.101标准中的波束赋形测试案例进行了仿真。在此基础上,针对波束赋形下行链路的小区间干扰,讨论了接收端的干扰消除技术,包括干扰抑制合并和干扰白化。针对实际网络场景中算法的鲁棒性,研究了干扰白化算法对无干扰环境下系统性能的影响,并提出了对自相关阵进行单位化修正的改进方案。通过这一方法,可以在系统不受同频干扰时,降低或者消除干扰白化算法给系统性能带来的损耗。其次,针对室内布网场景,对IEEE802.11无线局域网(WLAN)进行了研究。论文介绍了IEEE802.11标准,进而对WLAN网络MIMO的资源分配技术进行了介绍和分析,主要涉及负载均衡和接入控制。针对负载均衡问题,介绍了接入式负载均衡、切换式负载均衡和小区呼吸负载均衡三种负载均衡机制。搭建IEEE802.11无线局域网仿真平台,对负载均衡算法进行了仿真分析。针对单AP过载的场景,提出了TDMA接入控制机制,在用户密集分布的热点场景下,让用户分时隙占有信道。通过性能仿真可以看出,用户数量增加时,使用TDMA接入机制可以显著的提升系统吞吐量。最后,为了验证TDMA的实际性能,论文进一步对该机制进行了实验验证。论文采用无线路由器和无线网卡作为硬件平台,研究了路由器OpenWRT系统的驱动启动过程、数据的发送和接收过程,提出了基于OpenWRT实现TDMA机制的方法,讨论了时隙的划分机制、Beacon帧的修改方法、站点信息记录方式等具体实现手段。从系统的兼容性和功能完备性两个角度出发,提出了两套TDMA的实现方案,通过修改无线网卡驱动和Linux内核,完成了实验平台的搭建,并通过硬件测试对性能进行了验证和分析。
【关键词】：网络MIMO LTE WLAN 资源分配
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 缩略语6-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 论文研究的背景及意义13-14
• 1.2 MIMO技术概述14-16
• 1.2.1 MIMO传输系统模型14-15
• 1.2.2 MIMO的局限性及网络MIMO技术15-16
• 1.2.3 网络MIMO的资源分配16
• 1.3 论文主要工作16-17
• 1.4 论文框架与章节安排17-19
• 第2章 LTE网络MIMO波束赋形与干扰消除19-47
• 2.1 LTE网络MIMO下行链路19-27
• 2.1.1 LTE下行链路资源分配方式21-22
• 2.1.2 LTE波束赋形技术原理22-24
• 2.1.3 接收机检测技术24-26
• 2.1.4 下行链路小区间同频干扰26-27
• 2.2 接收端同频干扰的消除27-30
• 2.2.1 干扰自相关阵估计方法27-29
• 2.2.2 干扰白化技术29
• 2.2.3 干扰抑制合并技术29-30
• 2.3 LTE波束赋形仿真平台的搭建与性能分析30-37
• 2.3.1 LTE下行链路仿真平台介绍31-33
• 2.3.2 LTE波束赋形性能仿真33-37
• 2.4 接收端同频干扰消除性能仿真37-39
• 2.4.1 单层数据流波束赋形37-38
• 2.4.2 双层数据流波束赋形38-39
• 2.5 干扰白化算法鲁棒性的研究与提高39-44
• 2.5.1 无干扰源环境下干扰白化算法性能41-42
• 2.5.2 干扰自相关阵的单位化修正42-43
• 2.5.3 新方案鲁棒性验证43-44
• 2.6 本章小结44-47
• 第3章 WLAN网络MIMO资源分配47-65
• 3.1 IEEE 802.11无线局域网概述47-50
• 3.1.1 WLAN与LTE的互补性47-49
• 3.1.2 IEEE 802.11 MAC层及其分布式协调机制简介49-50
• 3.1.3 IEEE802.11无线局域网资源分配方式50
• 3.2 IEEE802.11无线局域网负载均衡简介50-54
• 3.2.1 负载均衡问题描述50-51
• 3.2.2 接入式负载均衡51-52
• 3.2.3 切换式负载均衡52-53
• 3.2.4 小区呼吸负载均衡53-54
• 3.3 WLAN网络TDMA接入机制的提出54-55
• 3.3.1 当前接入机制问题描述54
• 3.3.2 基于IEEE 802.11协议的TDMA机制54-55
• 3.4 负载均衡算法及TDMA接入机制仿真55-63
• 3.4.1 单AP场景下吞吐量仿真56-57
• 3.4.2 多AP负载均衡仿真57-60
• 3.4.3 TDMA接入机制仿真60-63
• 3.5 本章小结63-65
• 第4章 WLAN系统TDMA资源分配机制的实现65-85
• 4.1 硬件平台——WR841N路由器65-68
• 4.2 OpenWRT系统简介68-70
• 4.3 OpenWRT内核机制70-73
• 4.3.1 OpenWRT驱动启动过程70-71
• 4.3.2 OpenWRT数据接收过程71-72
• 4.3.3 OpenWRT数据发送过程72-73
• 4.4 基于OpenWRT实现TDMA机制73-81
• 4.4.1 TDMA的准备工作——Beacon帧的修改73-75
• 4.4.2 TDMA的实现方法75-81
• 4.5 TDMA机制测试结果81-82
• 4.6 本章小结82-85
• 第5章 结束语85-87
• 5.1 本论文工作总结85-86
• 5.2 可进一步研究的问题86-87
• 参考文献87-93
• 致谢93-95
• 硕士期间参与的科研项目和论文发表95

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本文编号：320249