大规模无线光MIMO系统的信道非互易补偿矫正模型和天线选择研究

发布时间：2017-09-17 21:53

  本文关键词：大规模无线光MIMO系统的信道非互易补偿矫正模型和天线选择研究

  更多相关文章： 大规模无线光MIMO 信道非互易 补偿矫正 天线选择 中断能量效率

【摘要】：自由空间光通信FSO比起射频通信具有高速光带宽、无需频谱许可、抗电磁干扰等优点。大规模MIMO技术作为5G的关键技术之一,可以显著提升系统容量和能量效率。将大规模MIMO技术应用于FSO系统中,既可以有效抵抗大气湍流造成的有害影响,又可以克服射频中大规模MIMO的导频污染问题,使得整个系统的有效性和可靠性都得到大幅度地提升,因此,本文研究大规模无线光MIMO系统。大规模无线光MIMO系统存在着两个关键问题,一是上下行信道的非互易,二是天线数量巨大且部署密集。虽然在射频中也存在上下行信道非互易的情况,使得TDD下大规模MIMO信道估计的CSI是不完美的。但是在FSO中,由于大气湍流的存在,会使得信道的非互易问题更加复杂且不可忽视。另一方面,天线数量巨大使得系统能耗、硬件成本增加,天线部署密集存在空间相关性使得系统的分集或复用性能降低。因此,提出有效的天线选择算法也同样势在必行。本文研究一单小区多用户大规模无线光MIMO系统,针对上述两个关键问题,分别研究系统的信道非互易补偿矫正模型和天线选择。本文主要工作论述如下:(1)研究大规模无线光MIMO系统的信道非互易补偿矫正模型。首先,建立系统模型,并基于激光在大气中传输产生的大气路径损耗、光束几何扩展和光强闪烁三方面影响,建立系统的信道模型。然后,研究系统上下行信道非互易的影响因素,包括推导激光束斜程穿过大气湍流的上下行光强衰减和光束扩展,以及针对上下行信道空间相关性的差异,建立适用于不同湍流强度的统一的相关性模型。最后,基于所建立的系统模型、信道模型,综合上下行信道非互易的多种影响因素,提出针对大规模无线光MIMO系统的信道非互易补偿矫正模型。仿真结果证明了该补偿矫正模型对于不同强度大气湍流的情况都十分适用。(2)研究大规模无线光MIMO系统的天线选择。首先,针对存在天线选择的大规模无线光MIMO系统,推导其信道互信息的近似分布,证明其存在信道硬化现象,且总天线数量N越大,信道硬化现象越显著。然后,基于系统能量效率的定义,针对电路功率消耗与发射功率相对大小不同的情况,分别研究了发射功率和选择天线数目对系统能量效率的影响。最后,从理论和实际两个角度出发,分别以能量效率最大化和中断能量效率最大化为目标研究天线选择算法。理论推导了使得能量效率最大化的天线选择数目,并且基于实际LTE系统的Qo S标准规范,推导系统的中断平均互信息值,提出满足中断能量效率最大化的M_BSA天线选择算法。
【关键词】：大规模无线光MIMO 信道非互易 补偿矫正 天线选择 中断能量效率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 FSO信道建模研究现状12
• 1.2.2 FSO大气湍流对光束上下行传输的影响研究现状12-13
• 1.2.3 FSO-MIMO信道空间相关性研究现状13
• 1.2.4 大规模MIMO的信道估计研究现状13-14
• 1.2.5 大规模MIMO的天线选择研究现状14
• 1.3 论文的主要内容及结构14-16
• 第2章 基础知识16-28
• 2.1 无线光MIMO系统组成16
• 2.2 FSO信道建模方法16-19
• 2.2.1 几何损耗和不对准损耗17
• 2.2.2 大气损耗17-18
• 2.2.3 大气湍流引起的衰落18-19
• 2.3 MIMO信道建模方法19-24
• 2.3.1 传统MIMO信道建模20-21
• 2.3.2 大规模MIMO的信道建模21-24
• 2.4 天线选择24-26
• 2.4.1 天线选择的优点24-25
• 2.4.2 常用天线选择算法25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 大规模无线光MIMO的信道非互易补偿矫正模型28-42
• 3.1 大规模无线光MIMO系统的系统模型28-31
• 3.1.1 大规模无线光MIMO的系统模型28-29
• 3.1.2 大规模无线光MIMO的信道模型29-31
• 3.2 激光光束在大气湍流中的上下行传输31-34
• 3.3 大规模无线光MIMO的信道非互易补偿矫正模型34-36
• 3.4 信道非互易补偿矫正的性能仿真及分析36-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 大规模无线光MIMO系统的天线选择研究42-58
• 4.1 大规模无线光MIMO系统的信道硬化现象42-44
• 4.2 大规模无线光MIMO系统的能量效率定义44-45
• 4.3 发射功率和选择天线数目对系统能量效率的影响45-50
• 4.3.1 发射功率对系统能量效率的影响45-46
• 4.3.2 选择天线数目对系统能量效率的影响46-47
• 4.3.3 两种极端情况下选择天线数目对系统能量效率的影响47-50
• 4.4 大规模无线光MIMO基于能量效率最大化的天线选择算法50-52
• 4.5 大规模无线光MIMO基于中断能量效率最大化的天线选择算法52-54
• 4.6 仿真结果及分析54-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第5章 总结与展望58-60
• 参考文献60-65
• 作者简介及科研成果65-66
• 作者简介65
• 攻读硕士期间发表的学术论文65
• 攻读硕士期间参加的科研项目65-66
• 致谢66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋文妙,全庆一,胡健栋;多用户MIMO系统最优发送策略研究[J];微电子学与计算机;2005年06期

2 王国威;黎海涛;;带有同道干扰的MIMO系统性能分析[J];电视技术;2012年19期

3 郑海波;赵莉;李振伟;;一种改进的多用户下行MIMO系统用户选择算法[J];通信技术;2009年05期

4 向峥嵘,吴晓蓓,陈庆伟,胡维礼;非线性MIMO系统的降维状态观测器[J];控制理论与应用;2000年01期

5 黄永明;杨绿溪;;MIMO系统中基于混合干扰消除的低复杂度迭代接收[J];通信学报;2006年03期

6 郑侃;徐慧;汪剑锋;王文博;;宽带MIMO系统天线选择技术的研究[J];电信科学;2007年09期

7 许冬欣;于华彬;;基于有限反馈的多用户MIMO系统调度方案分析[J];信息技术;2009年10期

8 万磊;郑幽思;梅顺良;;有限反馈多用户MIMO系统的低复杂度用户选择[J];清华大学学报(自然科学版);2010年04期

9 梁红玉,吴伟陵;MIMO系统的信道容量[J];无线电通信技术;2003年02期

10 车小林;何晨;蒋铃鸽;;基于噪声预测的单载波MIMO系统的频域均衡[J];电子学报;2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 满江虹;武玉强;初学导;;MIMO系统的加权一步超前模型参考自适应控制[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年

2 钟卫;徐友云;蔡跃明;;多用户MIMO系统中的一种基于博弈论的资源优化[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年

3 贺志强;田宝玉;吴伟陵;;时变信道下MIMO系统自适应调制与功率分配的算法性能分析[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年

4 徐凯;罗涛;尹长川;乐光新;;一种应用于MIMO系统的天线选择新算法[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年

5 贺春玮;刘富强;杨华;张际;;MIMO系统的小区间干扰抑制技术[A];第一届中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2007年

6 甄子洋;王志胜;;时滞MIMO系统的信息融合解耦补偿器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 王月瑜;MIMO系统空域相关性分析与信道估计[D];哈尔滨工程大学;2008年

2 国晓博;MIMO系统的统计型QoS保障技术研究[D];西安电子科技大学;2014年

3 朱耀麟;MIMO系统中发射天线选择算法研究[D];上海大学;2007年

4 陈其铭;无线MIMO系统的传输性能研究[D];华南理工大学;2004年

5 兰洋;OFDM和MIMO系统的信道估计、干扰消除和信号检测[D];东南大学;2005年

6 陈霖;分层MIMO系统接收技术研究[D];西安电子科技大学;2009年

7 汪凡;MIMO系统检测算法研究及收发技术联合设计[D];浙江大学;2008年

8 杨远;MIMO系统中的检测算法研究[D];西安电子科技大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 肖志鹏;大规模MIMO系统的渐近信干比与功率增益研究[D];华中师范大学;2015年

2 马娌娜;多用户MIMO系统能效问题的研究[D];郑州大学;2015年

3 戴敏;大规模MIMO系统中上行信道检测方法的改进与应用[D];南京邮电大学;2015年

4 邰双娇;大规模MIMO系统的天线选择技术研究[D];大连海事大学;2016年

5 陈洁;大规模无线光MIMO系统的信道非互易补偿矫正模型和天线选择研究[D];吉林大学;2016年

6 耿妲;基于MIMO系统的混合自动请求重传技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 赵谦;无线MIMO系统的容量及信道估计算法的研究[D];西安科技大学;2005年

8 魏泽华;3D MIMO系统下行多小区联合传输研究[D];北京邮电大学;2015年

9 严东;MIMO系统的信道估计算法研究及仿真[D];河海大学;2004年

10 肖道文;MIMO系统信道相关性及闭环空时算法研究[D];电子科技大学;2005年

，

本文编号：871579