大规模MIMO中基于信道估计误差的信道互易性补偿算法研究

发布时间：2020-03-21 11:10

【摘要】：近年来随着人们对5G技术研究的深入,大规模MIMO技术已经成为未来5G技术的关键技术之一。无线通信系统有时分双工(TDD)以及频分双工(FDD)两种模式,而TDD系统具有上下行信道互易性的优点,因此大规模多输入多输出(MIMO)广泛使用TDD作为其双工模式。然而,在实际移动通信传输过程中,受到传输环境等各方面的影响,信道互易性将会受到严重破坏,因此必须设计出有效的补偿方案保证大规模MIMO不受其影响。在本篇论文中,主要针对信道估计误差提出了相应的补偿算法。本文的工作包括如下:首先,简要概述大规模MIMO的优势,介绍正交频分复用(OFDM)技术的原理、特点以及未来发展趋势。分析了TDD的优点以及造成信道互易性被破坏的主要原因,并简单介绍了相应的补偿算法。其次,分析了在大规模MIMO系统中信道估计误差的影响,证明了估计误差会造成TDD系统中互易性的丧失,从而大大降低系统的容量。根据该分析,本文提出了一种基于最小均方误差(MMSE)准则的补偿算法,算法通过校准上行信道估计值的方法预测下行信道,并采用MMSE准则计算校准矩阵,仿真表明,该算法可以有效地降低信道估计误差的影响,提高系统的性能。之后考虑到上述算法需用到信道的统计信息-自相关矩阵,又提出了一种迭代的互易性补偿算法,在经过多次迭代后得到精确的自相关矩阵和校准矩阵,从而提高了下行信道预测值的精度。最后,通过分析基站和终端检测的信道值的影响,提出了一种基于DFP算法(Davidon-Fletcher-Powell algorithm)的补偿方法。该方法通过构造瑞利商,利用DFP算法估计信道估计值的校准矩阵。通过分析以及仿真证明,该算法能有效的改善系统的性能,并且具有较低的复杂度。
【图文】：

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南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论系统不同的是，TDD 系统上下行链路传输时占用的频段一样，但在不同的时间发送和接收信号，以避免干扰的产生。在通信中，FDD 上下行链路占用的频谱资源比 TDD 多，一般是 TDD的两倍，此外，为了避免干扰，FDD 需要有保护频段以区分上下行信道，这些频段无法使用，从而造成频谱资源的浪费。TDD 和 FDD 的原理如图 1.1 所示：

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学位论文第二章大规模IMO 系统由美国学者 Marzetta 提出：如果将通信系系统的频谱效率和容量将会大大的提升[11,12]。目前所能随意增加，如 LTE-A 标准中就将基站天线限制为端的每根天线仍只能与一个移动终端进行通信。而的天线阵列，，将天线增加至数十到数百根，且每根信，这在一定程度上提高了系统的吞吐量。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】