多用户MIMO波束赋形技术及其在802.11ax中的应用研究

发布时间：2017-07-15 20:09

  本文关键词：多用户MIMO波束赋形技术及其在802.11ax中的应用研究

  更多相关文章： 块对角化 SLNR 有限反馈 GMI 802.11ax

【摘要】：多输入多输出(MIMO)技术,在不增加系统成本的情况下,充分利用空间维度来提升系统容量和数据传输速率。多用户MIMO技术是802.11ax标准中将会采用的一项技术,它能够带来多用户增益,然而多用户MIMO技术的引入也会带来共道干扰(CCI),如果不消除CCI,将会严重影响系统性能。多用户MIMO波束赋形技术通过在发送端对发送信号进行预处理,能够减弱CCI带来的影响,从而提升系统性能。本文结合802.11ax的性能要求,从三个方面对波束赋形算法进行选择：算法的运算复杂度,是否同时考虑CCI和噪声带来的影响,以及在有限反馈下能否具备鲁棒性。在完美CSI反馈和有限CSI反馈两种情况下对所选的波束赋形算法进行研究,同时结合802.11ax系统平台中进行实际的仿真验证。在完美CSI反馈场景中,论文研究了块对角化(BD)波束赋形算法和基于信泄漏噪声比(SLNR)最大化的波束赋形算法。块对角化算法能够完全消除用户间的干扰,但其没有考虑噪声带来的影响,会在一定程度上影响系统性能。依据现有文献研究了一种GMI(Generalized MMSE-CI)算法,是BD算法的一种改进算法,它同时考虑干扰和噪声因素的影响,依靠QR分解来简化求解干扰矩阵的零空间,并利用修正矩阵来消除残留的用户干扰。通过仿真验证,可知相对于BD算法,GMI算法在误比特率和和速率上性能都更优。基于SLNR最大化波束赋形算法由于每个用户均可以独立的求解预编码矩阵,从而引起学术界的广泛研究。然而在传统的SLNR最大化算法中用户有效数据流的信道增益不平均,会严重影响系统性能。为克服该问题,本文分析了一种改进算法—PSLNR,该算法通过对SLNR最大值进行一定程度的放松,在多数据流传输情况下对比传统算法,能够获得更好的误比特率性能,同时能够获得相似的和速率。与此同时,考虑到PSLNR算法计算复杂度较高,引入一种低复杂度的基于SLNR最大化的波束赋形算法。在实际通信场景中一般无法获得完美的信道状态信息,因此,论文接着研究了在有限反馈情况下的波束赋形算法。结合完美CSI反馈场景下的GMI算法和PSLNR算法,考虑信道估计误差的影响,对算法进行重新的推导验证,论文得到了适合有限反馈场景下的波束赋形算法。论文最后结合实际的802.11ax系统,充分考虑不同的信道、子载波数等配置,对完美CSI反馈和有限CSI反馈场景下信道求逆波束赋形算法、BD算法、GMI算法和改进的SLNR算法波束赋形算法进行性能验证。论文的分析结果表明,GMI算法和PSLNR算法能够较好的适用于802.11ax系统。
【关键词】：块对角化 SLNR 有限反馈 GMI 802.11ax
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 本课题研究目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状分析12-16
• 1.2.1 非线性预编码13-14
• 1.2.2 线性预编码14-16
• 1.3 论文主要工作与结构安排16-18
• 1.3.1 论文主要工作16
• 1.3.2 论文结构安排16-18
• 第2章 IEEE 802.11ax无线局域网18-26
• 2.1 IEEE802.11系列概述18-20
• 2.1.1 现有的IEEE802.11系列概述18-19
• 2.1.2 802.11ax研究目标19-20
• 2.2 802.11ax关键技术简介20-23
• 2.2.1 OFDMA20-21
• 2.2.2 DL/UL MU-MIMO21-22
• 2.2.3 高阶调制22-23
• 2.3 信道探测及CSI反馈23-25
• 2.4 本章小节25-26
• 第3章 完美CSI反馈的下行波束赋形算法的研究26-49
• 3.1 引言26-29
• 3.1.1 多用户波束赋形26
• 3.1.2 系统模型及常用算法26-29
• 3.2 块对角化算法及其改进29-39
• 3.2.1 块对角化预编码29-31
• 3.2.2 GMI算法31-35
• 3.2.3 仿真结果与性能分析35-39
• 3.3 基于SLNR最大化预编码39-47
• 3.3.1 传统的基于SLNR最大化预编码39-41
• 3.3.2 改进的SLNR最大化预编码41-44
• 3.3.3 仿真结果与性能分析44-47
• 3.4 本章小节47-49
• 第4章 有限反馈的多用户下行波束赋形49-55
• 4.1 引言49-50
• 4.1.1 有限反馈预编码49
• 4.1.2 信道估计误差模型49-50
• 4.2 非完美CSI时鲁棒性预编码算法50-51
• 4.2.1 基于SLNR最大化预编码算法50
• 4.2.2 GMI预编码算法50-51
• 4.3 仿真结果与性能分析51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 基于802.11ax的波束赋形算法实现55-67
• 5.1 channel-D信道建模55-56
• 5.2 IEEE 802.11ax PHY平台搭建56-60
• 5.3 IEEE 802.11ax波束赋形实现60-62
• 5.4 仿真结果与性能分析62-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 总结和展望67-69
• 6.1 本文工作总结67
• 6.2 下一步工作和未来展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果75

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本文编号：545530