大规模MIMO系统的CFO估计方法及其在5G中的应用

发布时间：2020-06-11 20:24

【摘要】：因为大规模多输入多输出(Massive MIMO)的诸多优点,使得大规模MIMO成为非常引人注目的无线技术,也是第五代(5G)系统的关键组成部分。大规模MIMO提供的能效和可扩展性可以满足5G的需求,并且在实际实施中变得更加成熟。第四代(4G)长期演进先进(LTEadvance)系统旨在为移动速度在0-15 km h范围内的用户提供最优的服务,为移动速度在15-120 km h的用户提供较高质量的服务,当速度在120-350 km h时仅能满足基本的功能。主要针对低或中等移动性的用户开发的现有技术不能应用于速度高达500km h或更高的高移动性场景以满足用户的需求,因为无线终端的快速移动将严重降低系统性能并且可能导致系统不起作用。本文主要探究在高移动性环境中,大规模MIMO系统中多普勒频移引入的载波频率偏移(CFO)会严重降低系统性能。在用于CFO和信道估计的传统帧结构中使用的正交导频序列随着用户数量的增加而引起较大的导频资源消耗,导致可实现吞吐量较低。于是本文提出CFO和具有半正交导频序列的上行链路信道估计方案,该方案致力于提高多用户大规模多输入多输出(MIMO)系统中可实现的吞吐量。具有半正交导频序列帧结构是由实时传输的数据和导频序列组成。在所提出的方案中,采用连续干扰消除(SIC)来区分数据和导频序列。从仿真结果分析可以得出,在高移动性环境中,与使用正交导频序列的传统帧结构方案相比,本文提出的半正交导频序列估计方案可以提高吞吐量。
【图文】：

图 2.1 大规模 MIMO 系统基站中部分天线配置和部署方案空分复用是大规模 MIMO 系统发展的基石，基站中上行链路和下行链路的通信质量通常由空分复用的复用效果决定，所以基站性能是大规模 MIMO 系统发展的决定性因素。从以往研究中可以得出的结论是在上行链路中，终端根据基站获取的导频来实现彼此的通信，当然这种通过终端来发送导频的方式的技术已经比较成熟，实现起来还算简单。比较有挑战性的是在下行链路的 4G 系统中，我们的基站是利用传统的 MIMO 技术来发送导频。自治的用户终端接收到基站发出的导频，并对该导频进行信道响应估计和量化，并将结果反馈到基站中，下行链路就是通过同样的方式处理接收到的导频信号。在传统的 LTE 系统中实施的方案在大规模 MIMO 系统中实施却存在巨大的困难。首先我们需要面对的挑战是获得理想的下行链路导频，而这下行链路的理想导频需在天线间是正交的。这种天线间的正交表明天线数量是根据下行链路所需要的时频资源变化，而我们提出的大规模 MIMO 系统中天线数量是用户终端的十倍之多，这就意味着这比传统方案的使用更多的资源。其次面对的挑战是天线数量的激增会使得终端估计的信道响应也会激增，这意味着终端要做很多无效的操作，反而降低通信

2.1.2 大规模 MIMO 技术的发展前景虽然大规模 MIMO 技术依赖于相干相位，但是可以通过复杂度较低的方式处理所有基站的天线的信号。 大规模 MU-MIMO 系统的具有以下优点：（1）大规模 MIMO 与传统的 MIMO 相比，容量提升十倍以上，并且辐射的能源效高的更多，大约是传统 MIMO 的百倍之多，这种提升是依赖于大规模 MIMO 中空分复用中，，使得能量效率显著提高的方案是在大量天线的情况下发送的能量可以非常清晰地聚图 2.2 中的小区域。 基础物理学中表明：波在传输过程中是持续叠加的。适当对天线发信号波形进行调整和优化，基站可以确保终端在收到信号之前，基站天线所发出的信号过可控的干扰处理过的信号。我们可以通过迫零（ZF）接收机来处理由于随机噪声引起题，抑制各终端信号之间的干扰。当然，这样的代价是可能需要更大的传输功率，如图示。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 任腾飞;李艳萍;郝喜国;;OFDM系统中最优导频序列的设计方案[J];科学技术与工程;2015年29期

2 王毅;马鹏阁;黄开枝;李春国;黄永明;杨绿溪;;导频序列长度对多用户大规模MIMO FDD系统速率的性能影响及优化[J];通信学报;2018年07期

3 张书畅;张仁迟;;大规模多输入多输出系统中的导频污染降低策略[J];科学技术与工程;2017年18期

4 康瑞;徐超雄;王俊;徐洪波;;基于特殊导频序列的多用户OFDM系统中的频偏和信道联合估计[J];电子测量技术;2007年10期

5 谢泽东;陈西宏;胡邓华;刘强;张群;;基于低峰均比最优导频序列的MIMO-OFDM信道估计[J];电讯技术;2014年03期

6 孙文博;景晓军;;TD-SCDMA系统频偏估计的研究[J];通信技术;2010年08期

7 刘传勇;谢文武;章平;刘守印;;估计误差对天线选择系统性能影响分析[J];无线通信技术;2007年03期

8 曹海燕;冯瑞瑞;方昕;王秀敏;许方敏;;大规模MIMO系统中基于能效最大化的资源联合优化算法[J];电信科学;2017年12期

9 王晗;汪晋宽;;基于IEEE802.11a标准协议的MIMO-OFDM系统信道估计[J];东北大学学报(自然科学版);2008年07期

10 胡瑞超;王炳和;林焕楠;;一种基于用户优先级的大规模MIMO导频分配方案[J];激光杂志;2017年07期

相关会议论文 前2条

1 周先军;胡修林;张蕴玉;;基于有噪模板的超宽带快速捕获算法[A];2005年全国超宽带无线通信技术学术会议论文集[C];2005年

2 许锋;赵东峰;李道本;;基于LS码的多天线CDMA系统上行信道估计[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（下册）[C];2008年

相关博士学位论文 前6条

1 胡蝶;MIMO OFDM系统中信道估计及最优导频序列设计的研究[D];东南大学;2006年

2 井雅;正交频分复用无线通信系统中信道估计技术研究[D];东南大学;2006年

3 王晗;适用于MIMO-OFDM系统信道估计的最优导频序列设计的研究[D];东北大学;2008年

4 林成浴;移动宽带MIMO-OFDM通信系统信道估计技术的研究[D];上海交通大学;2009年

5 韩湘;多天线系统中的信道估计与信号检测技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

6 谢信乾;协作中继网络中信道信息获取方法研究[D];北京邮电大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 李鑫;大规模MIMO系统的CFO估计方法及其在5G中的应用[D];南京邮电大学;2019年

2 郭珊;基于免信令传输机制的上行SCMA系统研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 徐硕;OFDM系统中最优导频序列设计的研究[D];东北大学;2012年

4 刘继恩;适用于OFDM系统快衰落时变信道的最优导频序列研究[D];东北大学;2013年

5 赵妍;CR-OFDM系统中最优导频序列设计的研究[D];东北大学;2014年

6 谭萍;基于最优导频序列的MIMO-OFDM系统信道估计研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

7 任腾飞;OFDM系统中导频序列的优化研究与应用[D];太原理工大学;2016年

8 胡寅龙;基于互补码CDMA系统的性能分析及信道估计技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

9 向斌;低信噪比环境下SC_FDE系统中信道估计的研究[D];北京邮电大学;2016年

10 薛s顂

本文编号：2708408