大规模无线MIMO系统的上行链路传输技术研究

发布时间：2017-05-02 17:03

  本文关键词：大规模无线MIMO系统的上行链路传输技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大规模无线多输入多输出(MIMO, Multiple-Input Multiple-Output)作为第五代移动通信系统(5G,5th Generation Mobile Communication System)关键技术,可以显著地提高系统容量,是目前无线通信领域研究热点之一。在大规模MIMO系统中,由于信道矩阵维度的明显增加,基站端联合数据处理会越来越复杂。因此,本文重点研究了大规模MIMO无线通信系统上行链路通信的复杂度降低技术。首先,我们介绍了本论文研究背景,分析了大规模无线MIMO通信技术研究现状及发展动态,从而引出本论文研究内容。基于大规模MIMO的多小区多用户蜂窝系统模型,论文分析了理想信道下的上行基站接收机,包括匹配滤波(MF, Match Filter)、迫零、最小均方误差(MMSE, Minimum Mean-Squared Error)接收机。同时,论文介绍了大规模MIMO系统中的上行Turbo迭代接收机原理。仿真结果表明,在大规模MIMO系统中,当基站已知用户上行通信的完全信道状态信息时,用户只需较低的发送功率,使用简单的接收机就可以得到较好的性能。在大规模MIMO系统中,最严重的问题之一就是导频污染,因此论文研究了存在导频污染时,多小区多用户大规模MIMO系统的上行Turbo迭代接收机性能,主要包括以下几个方面：(1)在大规模MIMO系统下,引入了基于MMSE滤波器的迭代软干扰抵消(ISDIC, Iterative Soft Decision Interference Cancellation)算法：(2)考虑到算法复杂度,论文给出了两种避免矩阵求逆的迭代软输入软输出(SISO, Soft Input Soft Output)检测：基于多项式展开(PELD, Polynomial Expansion Linear Detector)的软干扰抵消算法和基于奇异值分解的SISO检测器；(3)基于MF的迭代接收机作为PELD-SISO的特例给出。仿真结果表明,在基站端,如果不做迭代接收,可采用PELD检测,因为相比MF,PELD可获得较大性能增益；如果做迭代接收,MF-ISDIC可达到MMSE-ISDIC的性能。总之,对于大规模MIMO,应尽量避免采用需要矩阵求逆的MMSE迭代接收机。论文还研究了大规模分布式天线系统(DAS, Distributed Antenna System)的上行多址通信复杂度降低方法。基于大规模DAS的单小区多用户系统模型,论文介绍了一种简单的随机导频复用方案来降低系统的导频开销,并在理论上推导出当天线数趋于无穷时,系统和容量的渐近性能。考虑到系统空间接入点的增加,论文提出一种空间信道矩阵稀疏化的通信方法来降低系统信号处理复杂度。仿真结果表明,提出的方法在损失系统性能较小的情况下,很好地降低系统复杂度。同时,论文通过蒙特卡洛仿真给出了特定系统配置下最优的正交导频数。
【关键词】：5G 大规模MIMO 迭代Turbo接收机 迭代软干扰抵消 大规模DAS 空间信道矩阵稀疏化
【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
• Abstract5-10
• 本论文符号说明10-11
• 本论文专用术语的注释表11-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 论文研究背景及意义13-18
• 1.2 大规模MIMO系统的研究现状及发展动态分析18-22
• 1.2.1 大规模MIMO的信道模型及系统实现18-20
• 1.2.2 大规模MIMO的信道状态信息获取技术20-22
• 1.2.3 大规模MIMO的系统性能技术分析22
• 1.3 论文的主要工作与安排22-23
• 1.4 数学表达中的符号约定23-25
• 第二章 大规模MIMO蜂窝系统25-33
• 2.1 引言25-26
• 2.2 大规模MIMO蜂窝多小区多用户系统信道模型26-27
• 2.3 大规模MIMO的上行检测技术27-29
• 2.3.1 MMSE检测27-28
• 2.3.2 ZF检测28-29
• 2.3.3 MF检测29
• 2.4 Turbo迭代接收机原理29-30
• 2.5 仿真结果30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 大规模MIMO系统的上行迭代检测技术33-45
• 3.1 引言33-34
• 3.2 存在导频污染的基于MMSE迭代软判决干扰抵消34-39
• 3.2.1 大规模MIMO的信道估计34-35
• 3.2.2 大规模MIMO系统下基于MMSE的迭代软干扰抵消算法35-39
• 3.3 两种存在导频污染的低复杂度迭代软干扰抵消算法39-41
• 3.3.1 大规模MIMO系统基于PELD的SISO检测39-40
• 3.3.2 大规模MIMO基于SVD分解的SISO检测40-41
• 3.4 仿真结果及分析41-43
• 3.4.1 仿真参数配置41
• 3.4.2 系统误帧率仿真结果41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 低复杂度的大规模多用户分布式天线系统通信方法45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 行多用户大规模DAS的系统模型46-48
• 4.2.1 信道模型及导频复用46-47
• 4.2.2 大规模DAS的信道估计47-48
• 4.3 大规模DAS的和容量分析48-49
• 4.4 大规模DAS的低复杂度通信方法49-52
• 4.5 仿真结果及分析52-56
• 4.5.1 区域频谱效率52-53
• 4.5.2 仿真参数及结果53-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 全文总结与展望57-59
• 5.1 论文工作总结57
• 5.2 论文工作展望57-59
• 附录A 理论1证明59-61
• 参考文献61-67
• 攻读硕士学位期间的研究成果67-69
• 致谢69

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