宽带MIMO全双工无线通信系统关键技术研究

发布时间：2017-11-21 06:12

  本文关键词：宽带MIMO全双工无线通信系统关键技术研究

  更多相关文章： 多输入输出 全双工系统 回波自干扰 预编码 波束成形

【摘要】：无线全双工(Full-Duplex,FD)系统理论上可使频谱效率翻倍,具有很好的应用前景。无线全双工系统面临主要的限制是强回波自干扰,本文研究宽带无线全双工多输入输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统回波自干扰抑制技术。重点研究了两类宽带全双工系统自干扰抑制方案,包括被动式的自干扰抑制,以及联合空时预编码的主动式自干扰抑制方法。论文首先对现代无线全双工技术的发展演进做了详细的介绍,对其中涉及的关键难点问题进行了剖析;在MIMO-OFDM系统构架下对全双工自干扰产生的原因及其对通信系统性能影响进行了分析,给出了FD-MIMO系统容量的理论公式;进一步,阐述了多种类全双工系统实现方案及其可能的应用场景,对其各自的技术优缺点,包括系统误码率、可达系统容量、以及计算复杂度等方面进行了综合分析评价。针对传统最小二乘(Least Square,LS)干扰抑制算法存在的稳定性差及算法复杂度高的缺陷,本文以多天线宽带无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN)系统框架为基础,提出了一种被动式的FD-MIMO-OFDM系统自适应回波自干扰抑制方案,该方案利用归一化最小均方(Normalized Least Mean Squares,NLMS)算法对干扰信号进行自适应抵消,能获得更高的算法稳定性更低的计算复杂度;给出了该方案的系统模型和详细的信号处理流程,并从误码率(Bit Error Rate,BER)、系统容量、计算复杂度等方面分析了该方案的理论性能,推导了其系统可达容量闭式解。针对多种天线配置和信道场景的方案仿真结果表明,与理想半双工(Half Duplex,HD)HD-MIMO系统相比,在远端高斯信道条件下,所提FD-MIMO系统的BER性能仅损失0.3-0.5dB;但系统容量可达到理想HD-MIMO系统容量的1.85倍。并且,对Massive MIMO全双工无线中继通信系统进行了描述和和仿真验证,证明Massive MIMO系统容量随天线数增加而增加,而且在自干扰强度较低时全双工Massive MIMO系统相对半双工系统具有系统容量优势。进一步,针对被动式自干扰抑制方法效果有限且未利用信号空时构造特性的问题,提出了一种联合空时预编码的FD-MIMO系统构架方案,该方案利用远端信道状态对FD-MIMO节点的发送数据作波束对准训练,从而有效解决现有FD波束选择方案存在的功率损失问题。随后,从其误码率、系统容量、系统复杂度三个方面分析了该方案的可行性。理论分析与仿真结果均表明,在理想信道状态信息(Channel Side Information,CSI)反馈条件下,该方案较现有FD波束选择方案,在8*8天线配置下能提高系统输出SINR达6dB以上。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3

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本文编号：1209943