抗导频污染的大规模MIMO信道估计和预编码技术研究

发布时间：2017-08-07 09:35

  本文关键词：抗导频污染的大规模MIMO信道估计和预编码技术研究

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【摘要】：MIMO系统由于其具有较高的频谱效率,在最近十几年发展迅速,并成为了LTE的核心技术。然后用户的需求也在急剧增加,更高的频谱效率和吞吐量是现在研究追求的目标,大规模MIMO系统由于其超高的频谱效率而受到广泛关注,是未来5G技术最有潜力的研究方向之一。大规模MIMO系统(massive MIMO)是指基站端配备有大量(成百上千)天线,同时为相对较少的用户提供服务,随着天线数目的增加,系统增加了很多有用的性质,可以大幅度提高频谱利用率和能量的效率。随着天线数的增加,并趋近于无穷大,大规模MIMO系统的性能受限制小区间的干扰。小区间的干扰是由于导频资源受限制,相邻小区往往会复用导频,由于相邻小区使用相同的导频,因此导致了上行链路信道估计时结果会受到使用相同导频的终端的污染,使得信道估计结果不准确,制约了信道容量的提升,并且这个污染级别与天线数量无关,只和大尺度衰落因子相关。本文首先分析了大规模MIMO系统的基本系统模型,分析了在理想情况下大规模MIMO系统单小区和多小区的系统性能。论文讨论了大规模MIMO系统上行链路进行信道估计问题。针对上行信道估计链路,论文推导分析了传统信道估计算法在大规模MIMO系统的应用,仿真分析了直接估计法和MMSE算法在单小区和多小区系统中的性能。仿真结果表明,当存在导频污染时,直接估计法和MMSE算法性能急剧衰减。论文分析了一种联合多小区的贝叶斯估计算法,通过各个小区基站间的协作,在综合利用了各个小区导频序列的先验信息的基础上有效降低导频污染,改善信道估计性能。针对下行链路中的预编码模块,论文首先分析推导了MRT预编码和ZF预编码方案在单小区和多小区大规模MIMO系统中的性能。论文的仿真分析结果表明,ZF和MRT预编码在单小区系统中均能随着天线数目的增加线性地提高系统容量,但是当存在导频污染时,系统性能会被抑制。为此,论文分析了一种抗导频污染的预编码算法,该算法通过各个基站相互协作,将需要发送的信息进行预处理,从而消除了导频污染的影响。论文的相关仿真分析验证了基于小区间协作的抗导频污染预编码方法的有效性。
【关键词】：大规模MIMO 信道估计 导频污染 预编码
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 论文主要工作15
• 1.4 论文结构安排15-17
• 第2章 大规模MIMO系统17-24
• 2.1 移动传播环境17
• 2.2 点对点大规模MIMO场景17-19
• 2.3 多用户大规模MIMO场景19-21
• 2.3.1 信道模型19
• 2.3.2 多用户上行链路19-20
• 2.3.3 多用户下行链路20-21
• 2.4 大规模MIMO系统仿真21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 大规模MIMO系统的信道估计方案24-32
• 3.1 系统模型24-25
• 3.2 直接估计法25
• 3.3 MMSE信道估计算法25-27
• 3.4 导频污染问题27
• 3.5 联合贝叶斯估计27-29
• 3.6 小区最多服务用户数目29
• 3.7 仿真结果分析29-31
• 3.7.1 单小区仿真条件设置29-30
• 3.7.2 多小区仿真条件设置30-31
• 3.8 本章小结31-32
• 第4章 单小区大规模MIMO预编码技术32-49
• 4.1 线性预编码技术32-33
• 4.1.1 迫零预编码方案32-33
• 4.1.2 MMSE预编码方案33
• 4.2 大规模MIMO场景下的线性预编码33-35
• 4.2.1 MRT预编码准则34-35
• 4.2.2 迫零预编码方案35
• 4.3 多小区大规模MIMO35-39
• 4.3.1 多小区大规模MIMO系统模型35-36
• 4.3.2 双小区模型36-37
• 4.3.3 存在导频污染的多小区大规模MIMO37-39
• 4.4 抗导频污染预编码方案(PCP)39-45
• 4.4.1 天线数目有限时系统性能分析43-45
• 4.5 仿真结果分析45-48
• 4.5.1 单小区仿真条件45-46
• 4.5.2 MRT和ZF预编码性能比较46
• 4.5.3 多小区仿真条件46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 总结和展望49-51
• 5.1 本文总结49
• 5.2 未来展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-56
• 攻读硕士学位期间科研项目56

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本文编号：633981