Massive MIMO系统中的预编码技术研究与实现

发布时间：2017-11-09 18:21

  本文关键词：Massive MIMO系统中的预编码技术研究与实现

  更多相关文章： 大规模MIMO C-RAN架构 预编码 压缩感知 FPGA

【摘要】：大规模多输入多输出技术(Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO)通过在发射端或接收端配置大量天线,能够提高系统容量并节省发送能量,已成为下一代通信技术的关键技术之一。云型无线接入网络(Cloud Radio Access Network,C-RAN),可以降低能源消耗,减少资本开支和运营开支,提高频谱效率和网络容量,已成为一种非常有前景的网络架构。然而,在C-RAN架构中,对连接BBU(Baseband Processing Unit)与RRU(Remote Radio Unit)的前向传输链路高带宽、低时延的严格要求已成为C-RAN大规模实现的瓶颈。针对上述背景,本文主要研究了基于C-RAN架构的Massive MIMO系统中的预编码技术,研究工作如下:首先,本文介绍了MIMO系统模型及MIMO信道容量。详细分析了点对点Massive MIMO系统、多用户Massive MIMO系统、多小区Massive MIMO系统的系统模型和天线数趋于无穷时的信道特性和系统容量。其次,本文研究了Massive MIMO系统中的线性预编码技术,主要包括MF(Matched Filter)、ZF(Zero Forcing)和MMSE(Minimum Mean Square Error)预编码,对不同预编码算法的系统频谱效率和能量效率进行了分析和性能对比,并比较了不同预编码算法在完美信道状态信息和不完美信道状态信息条件下的性能。此外,介绍了本文所应用到的压缩感知技术的基本原理,分析了压缩感知信号重建的几种主要算法,并对算法的重建性能进行了仿真分析。之后,本文对基于C-RAN架构的Massive MIMO预编码技术进行了深入研究。针对前向传输链路带宽受限问题,分析了全集中式预编码和部分集中式预编码的系统容量。为了进一步减轻前向传输链路负载,本文利用Massive MIMO系统信道相关特性,结合压缩感知技术,对部分集中式预编码进行了改进,并对信道稀疏表示和系统容量进行了分析和性能对比。相比采用前两种预编码方法,一定条件下前向传输链路带宽受限情况下的系统容量具有较大的提升。最后,综合考虑实现复杂度和实际硬件平台条件,本文选择对基于压缩感知的预编码技术中的ZF预编码模块进行深入研究。采用并行乘法结构优化ZF预编码的实现,然后基于Altera Stratix V开发板对ZF预编码进行FPGA设计和实现,最后通过功能仿真与板级测试验证了电路方案的合理性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.31

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本文编号：1163054