多用户大规模MIMO系统频谱效率增强方法的研究

发布时间：2017-09-22 14:35

  本文关键词：多用户大规模MIMO系统频谱效率增强方法的研究

  更多相关文章： 大规模MIMO 时分双工 下行预编码 导频污染 导频调度 信道相干时间 用户分类

【摘要】：近年来,多天线通讯系统已经从理论研究阶段大规模应用到了当代无线蜂窝系统中。在如今的无线通信技术领域里,不管是在实际应用场景还是在理论研究分析中,小区间干扰都严重影响了通信系统的性能。有研究学者在2010年指出,在基站端配置大规模天线阵列取代现在的多天线,且在时分多址模式下,通过利用上行链路与下行链路信道状态信息的互易性,采用上行导频序列辅助基站的方式进行信道估计,由此形成了Massive MIMO通信系统。Massive MIMO技术与传统的干扰协调技术不同,它通过大量增加基站天线数来减少热噪声和非相干的干扰对目标信号的影响,是一种从根本上挖掘利用空间无线资源,完成对干扰的抑制,从而获得更高的频谱效率和功率效率的方式。Massive MIMO系统还可通过下行预编码技术将基站发射的下行信号能量集中在目标用户方向,从而提高系统性能。前人研究表明,Massive MIMO系统拥有可在相同频率资源上同时向更多移动用户提供服务、有效的减少小区间干扰以及可提高系统的数据传输速率和降低功率消耗等优点。然而,由于系统中多小区之间导频复用情况的存在,使Massive MIMO系统中存在导频污染的问题,从而导致随着基站天数目的增加,系统性能不可能一直得到提高。另一方面,由于信道相干时间有限,系统受信道相干时间的限制,不能够同时服务更多的用户,进而使系统吞吐量受限。本文主要对Massive MIMO TDD系统的频谱效率性能进行研究,并针对上述性能限制因素,研究了基于导频调度的频谱效率增强方法,由前人的研究可知,Massive MIMO系统的性能受导频污染影响的大小与导频序列的分配情况有关,令采用相同导频的用户间干扰很大的那些小区选用正交的导频序列,而采用相同导频用户间干扰较小的那些小区选用相同的导频,可有效地减少用户间的导频污染,从而达到增强系统性能的目的。此外,本文还提出一种基于用户分类的频谱效率增强方法,由于系统信道相干时间有限,可用于发送导频的时间长度受信道相干时间的限制,从而使小区可服务的最大用户终端数目受限,进而使小区容量受限。基于用户分类的频谱效率增强方法通过将小区中的移动终端根据信道相干时间长短的不同进行分类,令所属为不同类别的终端占用不同长度的时隙以及不同的频谱资源进行信息传输,增加小区可服务的最大用户数,以达到小区信道容量增强的目的。
【关键词】：大规模MIMO 时分双工 下行预编码 导频污染 导频调度 信道相干时间 用户分类
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 OFDM系统11-13
• 1.1.1 OFDM系统概述11-12
• 1.1.2 OFDM的正交性12-13
• 1.2 MIMO系统13-16
• 1.2.1 单用户MIMO13-14
• 1.2.2 多用户MIMO14-15
• 1.2.3 大规模MIMO15-16
• 1.3 课题研究意义16-17
• 1.4 论文结构安排17-18
• 第二章 大规模MIMO系统18-31
• 2.1 大规模MIMO技术简介18-20
• 2.2 大规模MIMO系统模型20-21
• 2.3 大规模MIMO的线性预编码技术21-26
• 2.3.1 匹配滤波预编码技术22-23
• 2.3.2 迫零线性预编码技术23-24
• 2.3.3 最小均方误差线性预编码技术24-25
• 2.3.4 性能仿真与分析25-26
• 2.4 导频污染问题26-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 大规模MIMO系统信道模型31-61
• 3.1 大规模MIMO系统的理想信道环境31-35
• 3.1.1 小区能服务的最大移动终端数目31-32
• 3.1.2 上行链路数据传输32-34
• 3.1.3 下行链路数据传输34-35
• 3.2 非平稳的 3D twin-cluster信道模型35-46
• 3.2.1 COST 2100信道模型简介35-36
• 3.2.2 非平稳的 3D twin-cluster信道模型36-46
• 3.3 基于射线追踪的信道建模46-50
• 3.3.1 确定性信道模型46-49
• 3.3.2 基于射线追踪的随机信道模型49-50
• 3.4 仿真结果及性能分析50-60
• 3.4.1 理想信道下大规模MIMO的系统性能52-55
• 3.4.2 非平稳的 3D twin-cluster信道模型下大规模MIMO的系统性能55-57
• 3.4.3 简化的射线追踪随机信道模型下大规模MIMO的系统性能57-59
• 3.4.4 三种信道模型下的性能综合分析对比59-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 大规模MIMO系统频谱效率增强方法61-78
• 4.1 基于导频调度的频谱效率增强方法61-64
• 4.1.1 基于导频调度的频谱效率增强方法原理61-63
• 4.1.2 仿真结果与性能分析63-64
• 4.2 基于用户分类的频谱效率增强方法64-77
• 4.2.1 基于用户分类的频谱效率增强方法的基本原理64-65
• 4.2.2 基于用户分类的多用户大规模MIMO系统的数据传输65-68
• 4.2.3 导频和数据采用不同频率复用因子68-69
• 4.2.4 仿真结果与性能分析69-77
• 4.3 本章小结77-78
• 总结78-80
• 参考文献80-85
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单85-86
• 致谢86

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1 夏志成;罗进文;商艳丽;;第三代移动通信系统频谱效率的研究[J];信息技术;2007年10期

2 黄晓宇;刘望军;;宽带无线通信网络中频谱效率的计算方法[J];中国无线电;2006年01期

3 张R，

本文编号：901373