Massive MIMO预编码技术研究与性能评估

发布时间：2017-09-21 16:13

  本文关键词：Massive MIMO预编码技术研究与性能评估

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【摘要】：大规模多天线(Massive MIMO)技术是面向未来5G移动通信系统的关键技术之一。该技术通过在基站端部署数十甚至上百的天线形成天线阵列,同时向多个用户发送数据,实现了在系统容量和频谱利用率方面性能的提高。然而,由于该系统在相同的时间和频率资源传输大量的数据流,Massive MIMO系统是一个严重的自扰系统。因此,为了提高系统的可靠性,采用一定的信号处理技术来抑制干扰是必然的途径。此外,鉴于Massive MIMO系统的天线阵列规模和用户终端对信号处理能力的局限性,在下行链路的接收端的用户检测技术在该系统中并不可行,因此,预编码技术成为了Massive MIMO系统下行链路的主要干扰抑制技术。本论文以此为背景,重点研究多用户Massive MIMO系统下行链路的非线性预编码技术。论文主要研究及贡献如下：首先,本文以基于迫零准则、最小均方误差准则的线性预编码和扰动矢量非线性预编码为例,分析了在发射端能够获得理想信道状态信息条件下的预编码技术。其次,本文在发射端获得非理想信道状态信息条件下,设计出了一种矢量预编码方案。在该方案中,本文假设发射端能够获得信道误差矩阵的二阶统计信息,建立非理想信道信息模型。在该模型基础上,运用信道几何均值分解方法对信道估计矩阵进行分解,分别推导出在迫零准则和最小均方误差准则下的预编码矩阵和功率控制因子,并对现有扰动矢量搜索算法进行改进,实现了复数域的低复杂度下降矢量搜索算法,从而实现了在发射端未获得理想信道状态信息的条件下的鲁棒矢量预编码方案。仿真结果显示,在不相关的高斯信道条件下,该方案表现出了良好的误比特率性能和收敛性,并且随着发射天线个数和用户数增大,该预编码方案获得了更优的误比特率性能。最后,结合LTE下行物理层关键技术,如CRC校验、码块分割、Turbo编译码、速率匹配、码块级联、加扰、调制解调以及MIMO-OFDM实现等模块,本文搭建了LTE链路层仿真平台,在实现LTE链路层从发射到接收整个基带信号处理过程的同时,对比了基于码本的预编码与本文提出的预编码方案在LTE系统中的性能表现。仿真结果表明,在同样的环境和仿真参数下,本文提出的预编码方案较基于码本的预编码方案获得了更低的误块率,实现了系统性能的提高。
【关键词】：Massive MIMO 多用户 预编码技术 链路层
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 MIMO技术概述11-14
• 1.1.1 MIMO技术发展历程11-12
• 1.1.2 Massive MIMO技术的优点12-13
• 1.1.3 Massive MIMO遇到的挑战13-14
• 1.2 MIMO系统中的预编码技术及其研究现状14-18
• 1.2.1 传统MIMO系统中的预编码技术15-17
• 1.2.2 Massive MIMO系统中的预编码技术17-18
• 1.3 论文工作及结构安排18-19
• 2 MASSIVE MIMO系统模型19-26
• 2.1 无线信道衰落特性及统计衰落模型19-21
• 2.1.1 无线信道衰落特性19-20
• 2.1.2 无线信道统计衰落模型20-21
• 2.2 MU-MIMO系统模型21-24
• 2.3 信道状态信息24-25
• 2.3.1 信道状态信息的获取方法24
• 2.3.2 信道状态信息的分类24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 单小区场景MASSIVE MIMO系统预编码技术26-41
• 3.1 传统MIMO系统预编码技术26-30
• 3.1.1 基于迫零准则的线性预编码方案27-28
• 3.1.2 基于最小化均方误差准则的预编码方案28-29
• 3.1.3 矢量扰动(VP)非线性预编码方案29-30
• 3.2 基于信道几何均值分解的扰动矢量预编码30-36
• 3.2.1 对信道估计矩阵的几何均值分解(GMD)31-32
• 3.2.2 基于最小均方误差准则的分析32-34
• 3.2.3 基于迫零准则的分析34
• 3.2.4 扰动向量求解34-36
• 3.3 仿真结果36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 LTE下行链路级仿真平台的搭建及实现41-62
• 4.1 MIMO信道建模41-43
• 4.2 LTE下行链路级仿真流程43-55
• 4.2.1 原始数据流处理44-47
• 4.2.2 信道编码和译码47-50
• 4.2.3 速率匹配和码块级联50-53
• 4.2.4 加扰和信号调制解调53-54
• 4.2.5 OFDM调制和解调54-55
• 4.3 MIMO模块的实现55-58
• 4.3.1 层映射模块55-57
• 4.3.2 多用户预编码技术实现57-58
• 4.4 仿真结果58-60
• 4.5 本章小结60-62
• 5 结论62-64
• 5.1 本文总结62-63
• 5.2 不足与展望63-64
• 参考文献64-68
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果68-70
• 学位论文数据集70

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本文编号：895551