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具有天线耦合的大规模MIMO系统研究

发布时间:2018-01-10 09:13

  本文关键词:具有天线耦合的大规模MIMO系统研究 出处:《大连海事大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 大规模MIMO 空间相关性 互耦效应 有限的物理尺寸


【摘要】:近年来,全球信息通信产业朝着移动化、宽带化和智能化的方向发展。全球互联网的发展即将进入"工业互联网时代",它是大数据、云计算、移动互联网、物联网等最新信息技术与传统工业的深度融合。为了满足未来移动通信系统对频谱效率和能量效率需求的巨大挑战,第五代移动通信系统(The fifth generation mobile communication system,5G)的研究已经揭开了大幕。大规模MIMO技术能够有效地提高频谱效率的同时显著地降低传输功率,使其成为5G的关键技术。大规模MIMO技术天线阵列的天线数量往往达到几十根甚至上百根,天线之间的距离往往很小,这时互耦效应对大规模MIMO系统的影响就不能被忽视。本文首先分析了互耦效应对传统MIMO系统遍历容量和天线空间相关性的影响。仿真结果表明,互耦效应可以减小MIMO系统天线空间相关性,从而增加MIMO系统的遍历容量;互耦效应对MIMO系统的影响与天线阵列中天线的放置方式有关,共线放置时互耦效应对MIMO系统的影响远远小于齐平放置的情况。然后分析了互耦效应对大规模MIMO系统可达速率的影响,详细介绍了天线阵列采用等距线性阵列、均匀圆周阵列和矩阵阵列三种情况下天线耦合矩阵的EMF计算方法。仿真结果表明,互耦效应会降低大规模MIMO系统的可达速率。本文重点讨论了当配备天线阵列的物理尺寸有限时,互耦效应和空间相关性对系统可达速率的影响。此时天线数量和天线距离是一对相互矛盾的量,增加天线数量可以增加发射或接收分集,但由于天线之间距离的减小,使互耦效应和空间相关性增强。这就需要在天线数量和天线距离之间找到一种权衡。仿真结果表明,由于互耦效应和空间相关性的影响,配备天线阵列的物理尺寸有限时,大规模MIMO系统的可达速率不再随着天线数量的增加而持续增长,而在某点出现最佳值。通过仿真分析找到这个最佳值对配备天线阵列具有一定的指导意义。
[Abstract]:In recent years, the global information and communication industry is moving towards the direction of mobility, broadband and intelligence. The development of the global Internet is about to enter the "industrial Internet era", it is big data, cloud computing, mobile Internet. In order to meet the great challenge of spectrum efficiency and energy efficiency in future mobile communication systems, the latest information technology such as the Internet of things and other information technologies are deeply integrated with traditional industries. The fifth generation mobile communication system. Large scale MIMO technology can effectively improve the spectral efficiency while significantly reducing transmission power. The large scale MIMO antenna array often has dozens or even hundreds of antennas, and the distance between antennas is often very small. The influence of mutual coupling effect on large-scale MIMO system can not be ignored. Firstly, the effect of mutual coupling effect on ergodic capacity and antenna spatial correlation of traditional MIMO system is analyzed. The mutual coupling effect can reduce the spatial correlation of antenna in MIMO system and increase the ergodic capacity of MIMO system. The effect of mutual coupling effect on MIMO system is related to the antenna placement in antenna array. The influence of mutual coupling effect on MIMO system during collinear placement is much smaller than that of parallel placement. Then the influence of mutual coupling effect on the reachability rate of large-scale MIMO system is analyzed. In this paper, the EMF calculation method of antenna coupling matrix is introduced in detail. The simulation results show that the antenna coupling matrix is based on linear array, uniform circular array and matrix array. The mutual coupling effect can reduce the reachability rate of large-scale MIMO system. This paper focuses on discussing when the physical size of antenna array is limited. The effect of mutual coupling effect and spatial correlation on the reachable rate of the system. In this case, the number of antennas and the antenna distance are a pair of contradictory quantities, and increasing the number of antennas can increase the transmit or receive diversity. However, due to the decrease of the distance between antennas, the mutual coupling effect and spatial correlation are enhanced, so we need to find a trade-off between the number of antennas and the antenna distance. The simulation results show that. Due to the effect of mutual coupling and spatial correlation, when the physical size of antenna array is limited, the reachable rate of large-scale MIMO system no longer increases with the increase of antenna number. At some point, the optimal value is found by simulation analysis, which has a certain guiding significance for the antenna array.
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN919.3

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本文编号:1404675

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