大规模MIMO预编码方案研究

发布时间：2017-08-11 16:02

  本文关键词：大规模MIMO预编码方案研究

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【摘要】：移动通信技术在最近数十年中得到了快速的发展,从最早的1G到现在的4G再到即将到来的5G,移动通信凭借其自身方便便捷的特点与时俱进的发展模式,很好的适应了当前信息时代的需求并展现出旺盛的活力。5G,是英文fifth-generation的缩写,指的是移动电话系统第五代,目前正在研究中,预计将于2020年左右完全标准化。大规模MIMO作为5G的关键技术之一是最近几年提出的研究热点,较之传统MIMO,大规模MIMO的误码性能与和速率性能均显著提升。波束成形作为大规模MIMO系统最有代表性的抗干扰方式是大规模MIMO的研究重点。本文正是在这样的背景下,对大规模MIMO的下行预编码技术进行深入的研究。我们将考虑一个单小区大规模MIMO下行系统,一个装备N根天线的基站服务K个时频资源相同的单天线用户,用户终端均匀分布在半径为R的小区中。在这个环境下分析了迫零(Zero forcing,ZF)的性能,研究了多小区环境下的RZF预编码,推导了RZF预编码的近似可达速率,并与BF预编码进行了比较,发现RZF减少一个量级的天线数就可以达到BF的性能。研究了最大比率传输(Maximum ratio transmission,MRT)预编码的性能,研究了MRT预编码的能量效率分配算法,并分析了CSI延迟条件下的MRT预编码性能,结果表明ZF相比于MRT具有更高的功率效率。之后我们研究了恒包络(Constant-Envelope,CE)与其的改进型算法。我们发现在N/M适中时,CE预编码相比于ZF预编码有显著的功效提升。论文还研究了一种改进型的CE预编码,该预编码比传统的MGD方案更适合恒包络预编码。我们对以上这些算法进行了仿真分析来证明我们的结论。
【关键词】：大规模MIMO 波束成形 预编码 频谱效率 能量效率
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 大规模MIMO概述9-10
• 1.3 预编码技术10-11
• 1.4 本文主要内容及结构安排11-12
• 第二章 迫零预编码12-24
• 2.1 迫零预编码的性能12-17
• 2.1.1 迫零预编码信道模型12-13
• 2.1.2 迫零预编码的区域平均谱效率与能量效率13-17
• 2.2 多小区环境下的RZF预编码17-23
• 2.2.1 RZF预编码的信道模型17-19
• 2.2.2 线性波束成形可达的下行速率19
• 2.2.3 RZF预编码与BF预编码比较19-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 MRT预编码研究24-45
• 3.1 MRT能量效率功率分配算法24-29
• 3.1.1 MRT预编码信道模型24-25
• 3.1.2 MRT预编码的能量效率功率分配算法25-29
• 3.2 CSI延迟条件下的MRT预编码性能分析29-34
• 3.2.1 CSI延迟条件下的系统模型30-31
• 3.2.2 CSI延迟条件下MRT预编码的频谱效率与能量效率31-34
• 3.3 ZF预编码与MRT预编码比较34-39
• 3.3.1 ZF预编码与MRT预编码的SINR比较34-35
• 3.3.2 ZF预编码与MRT预编码的可达数据速率35-36
• 3.3.3 ZF预编码与MRT预编码的所需下行传输功率36-39
• 3.4 一种复杂度降低的MRT预编码39-44
• 3.4.1 复杂度降低的MRT预编码39-42
• 3.4.2 预编码性能分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 CE预编码研究45-61
• 4.1 CE预编码45-54
• 4.1.1 CE预编码的信道模型45-46
• 4.1.2 CE预编码性能分析46-48
• 4.1.3 CE预编码性能仿真48-54
• 4.2 CE预编码的改进54-60
• 4.2.1 预编码的改进56-59
• 4.2.2 CE预编码仿真与讨论59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65

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本文编号：656975