大规模MIMO无线通信系统中的传输方案设计与性能分析
发布时间：2021-11-27 17:22
为满足新一代移动通信在峰值速率、用户体验速率、移动性、端到端时延、连接数密度、流量密度以及能量效率等方面所提出的新要求,目前业界正在进行面向2020年之后的第五代移动通信系统（5th generation mobile communication systems,5G）的技术研究以及标准化制定工作。当前最受关注的技术与解决方案包括大规模多输入多输出（Multiple-input-multiple-output,MIMO）、全频谱接入、超密集组网、新型多址和新型网络架构等。其中大规模MIMO技术通过充分挖掘信道的空间自由度以大幅度提升频谱效率以及多用户传输能力并可有效提升功率效率,因此成为业内普遍认可的5G系统核心技术之一。本论文针对实际非理想因素对大规模MIMO系统增益的影响、系统维数大幅度提升带来的模拟/数字信号处理复杂度以及信道估计开销急剧增加、考虑实际信道信息约束或系统架构约束下针对数据信道与公共信道的高效波束成形设计等问题,深入研究了“大规模MIMO无线通信系统中的传输方案设计与性能分析”这一课题。具体研究内容和主要贡献简述如下:·针对多小区多用户大规模MIMO下行系统在存在非...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：178 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
本论文专用术语与数学符号的注释表
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景和意义
1.2 研究历史与现状
1.2.1 大规模MIMO系统的线性传输方案性能分析
1.2.2 大规模MIMO系统的低复杂度预编码方案
1.2.3 基于信道统计信息的大规模MIMO传输方案设计与性能分析
1.2.4 数模混合架构大规模MIMO系统的波束训练及传输
1.2.5 大规模MIMO公共信道传输设计
1.3 论文的研究内容和结构安排
第二章 大规模MIMO多小区多用户系统性能缩放规律研究
2.1 系统模型
2.1.1 信道模型
2.1.2 上行信道估计
2.1.3 最大比发送下行传输
2.2 基于均方收敛的可达速率缩放规律
2.2.1 和速率下界与渐近等效SINR
2.2.2 缩放规律结果
2.2.3 关于典型大规模MIMO系统配置的讨论
2.2.4 缩放规律在有限大天线数系统中的适用性
2.2.5 导频污染消除带来的导频污染减小作用
2.3 SINR渐近确定条件
2.4 ZF预编码的相关分析结果
2.4.1 ZF预编码下行传输
2.4.2 缩放规律及其适用性
2.5 仿真结果
2.5.1 理想导频污染消除下的MRT传输
2.5.2 非理想导频污染消除下MRT传输
2.5.3 ZF预编码的仿真结果
2.6 本章小结
2.7 附录
2.7.1 引理1证明
2.7.2 命题1证明
第三章 大规模MIMO下行系统低复杂度ZF预编码设计及性能分析
3.1 系统模型与问题描述
3.1.1 系统模型
3.1.2 低复杂度预编码设计问题
3.1.3 已有预条件矩阵设计
3.2 所提ZF预编码的低复杂度近似设计
3.2.1 排序ICNS方法
3.2.2 计算复杂度分析
3.3 性能分析
3.3.1 INS方法的和速率性能
3.3.2 所提ICNS方法的和速率
3.3.3 CNS方法的和速率性能
3.3.4 MRT、ZF、INS与所提ICNS方法的和速率性能比较
3.4 数值仿真
3.5 本章小结
3.6 附录
3.6.1 引理3证明
3.6.2 定理2证明
3.6.3 定理3证明
3.6.4 推论7证明
第四章 大规模MIMO联合统计波束成形与用户调度设计及性能分析
4.1 系统模型
4.1.1 传输模型
4.1.2 信道模型
4.2 SBF的和速率计算以及联合波束成形与用户调度方案
4.2.1 SBF的和速率计算
4.2.2 联合SBF与用户调度方案
4.3 渐近和速率分析
4.3.1 信道协方差与SLNR-SBF的渐近近似
4.3.2 所提联合方案的渐近和速率
4.4 数值仿真结果
4.4.1 基于SLNR与基于和速率的用户调度性能比较
4.4.2 所提方案的性能变化规律
4.4.3 与其他SBF方案的性能比较
4.4.4 与基于瞬时CSI的方案性能比较
4.5 本章小结
4.6 附录
4.6.1 定理4证明
4.6.2 引理5证明
4.6.3 引理7证明
第五章 数模混合架构大规模MIMO系统的交替训练及传输方案设计
5.1 系统模型及问题描述
5.1.1 系统模型
5.1.2 波束训练及已有方案
5.2 单用户系统的交替训练及性能分析
5.2.1 所提交替训练与单用户传输
5.2.2 平均训练长度分析
5.2.3 中断性能分析
5.3 多用户传输的交替训练设计
5.3.1 可行波束分配与多用户波束分配方法
5.3.2 联合交替波束训练与多用户传输设计
5.3.3 关于平均训练长度与中断性能的讨论
5.4 仿真结果与讨论
5.5 本章小结
5.6 附录
5.6.1 定理5证明
5.6.2 引理8证明
5.6.3 定理6证明
5.6.4 引理9证明
第六章 大规模MIMO公共信道高能效波束成形设计
6.1 系统模型
6.2 问题建模与求解思路
6.2.1 问题建模
6.2.2 求解思路
6.3 求解细节
6.3.1 理想波束响应
6.3.2 基于理想波束响应的波束成形设计
6.3.3 PAPR降低与数模混合实现
6.3.4 讨论
6.4 仿真与分析
6.5 本章小结
6.6 附录
6.6.1 引理10证明
第七章 总结与展望
7.1 本文工作总结
7.2 未来研究展望
致谢
参考文献
作者攻读博士学位期间的研究成果
攻读博士期间参加的项目
攻读博士期间获得的荣誉
本文编号：3522735
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：178 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
本论文专用术语与数学符号的注释表
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景和意义
1.2 研究历史与现状
1.2.1 大规模MIMO系统的线性传输方案性能分析
1.2.2 大规模MIMO系统的低复杂度预编码方案
1.2.3 基于信道统计信息的大规模MIMO传输方案设计与性能分析
1.2.4 数模混合架构大规模MIMO系统的波束训练及传输
1.2.5 大规模MIMO公共信道传输设计
1.3 论文的研究内容和结构安排
第二章 大规模MIMO多小区多用户系统性能缩放规律研究
2.1 系统模型
2.1.1 信道模型
2.1.2 上行信道估计
2.1.3 最大比发送下行传输
2.2 基于均方收敛的可达速率缩放规律
2.2.1 和速率下界与渐近等效SINR
2.2.2 缩放规律结果
2.2.3 关于典型大规模MIMO系统配置的讨论
2.2.4 缩放规律在有限大天线数系统中的适用性
2.2.5 导频污染消除带来的导频污染减小作用
2.3 SINR渐近确定条件
2.4 ZF预编码的相关分析结果
2.4.1 ZF预编码下行传输
2.4.2 缩放规律及其适用性
2.5 仿真结果
2.5.1 理想导频污染消除下的MRT传输
2.5.2 非理想导频污染消除下MRT传输
2.5.3 ZF预编码的仿真结果
2.6 本章小结
2.7 附录
2.7.1 引理1证明
2.7.2 命题1证明
第三章 大规模MIMO下行系统低复杂度ZF预编码设计及性能分析
3.1 系统模型与问题描述
3.1.1 系统模型
3.1.2 低复杂度预编码设计问题
3.1.3 已有预条件矩阵设计
3.2 所提ZF预编码的低复杂度近似设计
3.2.1 排序ICNS方法
3.2.2 计算复杂度分析
3.3 性能分析
3.3.1 INS方法的和速率性能
3.3.2 所提ICNS方法的和速率
3.3.3 CNS方法的和速率性能
3.3.4 MRT、ZF、INS与所提ICNS方法的和速率性能比较
3.4 数值仿真
3.5 本章小结
3.6 附录
3.6.1 引理3证明
3.6.2 定理2证明
3.6.3 定理3证明
3.6.4 推论7证明
第四章 大规模MIMO联合统计波束成形与用户调度设计及性能分析
4.1 系统模型
4.1.1 传输模型
4.1.2 信道模型
4.2 SBF的和速率计算以及联合波束成形与用户调度方案
4.2.1 SBF的和速率计算
4.2.2 联合SBF与用户调度方案
4.3 渐近和速率分析
4.3.1 信道协方差与SLNR-SBF的渐近近似
4.3.2 所提联合方案的渐近和速率
4.4 数值仿真结果
4.4.1 基于SLNR与基于和速率的用户调度性能比较
4.4.2 所提方案的性能变化规律
4.4.3 与其他SBF方案的性能比较
4.4.4 与基于瞬时CSI的方案性能比较
4.5 本章小结
4.6 附录
4.6.1 定理4证明
4.6.2 引理5证明
4.6.3 引理7证明
第五章 数模混合架构大规模MIMO系统的交替训练及传输方案设计
5.1 系统模型及问题描述
5.1.1 系统模型
5.1.2 波束训练及已有方案
5.2 单用户系统的交替训练及性能分析
5.2.1 所提交替训练与单用户传输
5.2.2 平均训练长度分析
5.2.3 中断性能分析
5.3 多用户传输的交替训练设计
5.3.1 可行波束分配与多用户波束分配方法
5.3.2 联合交替波束训练与多用户传输设计
5.3.3 关于平均训练长度与中断性能的讨论
5.4 仿真结果与讨论
5.5 本章小结
5.6 附录
5.6.1 定理5证明
5.6.2 引理8证明
5.6.3 定理6证明
5.6.4 引理9证明
第六章 大规模MIMO公共信道高能效波束成形设计
6.1 系统模型
6.2 问题建模与求解思路
6.2.1 问题建模
6.2.2 求解思路
6.3 求解细节
6.3.1 理想波束响应
6.3.2 基于理想波束响应的波束成形设计
6.3.3 PAPR降低与数模混合实现
6.3.4 讨论
6.4 仿真与分析
6.5 本章小结
6.6 附录
6.6.1 引理10证明
第七章 总结与展望
7.1 本文工作总结
7.2 未来研究展望
致谢
参考文献
作者攻读博士学位期间的研究成果
攻读博士期间参加的项目
攻读博士期间获得的荣誉
本文编号：3522735
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3522735.html
