毫米波通信系统中空间复用调度算法的研究
本文选题:毫米波 + 波束训练 ; 参考:《东南大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着现代通信产业的快速发展,人们对无压缩高清视频传输、海量下载等无线多媒体应用的速率要求日益强烈。当前,微波频段频谱资源短缺,且难以进一步提高频谱利用率,因此,很难实现高速率的要求,这一现状使得高频段通信受到广泛关注。目前尚未得到充分开发和利用的30~300GHz毫米波频段频谱资源充足,势必成为下一代超高速通信的理想载波频段。近年来,世界各国陆续开放57~66GHz频谱资源,高达9GHz的连续带宽为超高速毫米波无线通信提供了无限可能,成为学术界和工业界关注的重点。密集室内无线个域网作为毫米波的主要应用场景,通常需要多条链路同时进行通信,然而根据大部分国家信号划分情况,毫米波通信只能覆盖2个信道,所以如何提高系统的空间复用能力成为提高网络容量的重点研究问题之一。本论文针对毫米波无线通信中的波束训练、空间复用等关键问题展开研究。首先,本文研究IEEE 802.11ad标准中的波束训练机制,提出改进的信息反馈的波束训练机制。在本方案中,链路发送端和接收端在进行波束训练之后,将波束训练的信息上传到PCP/AP,PCP/AP收集信息之后生成以位置为索引的波束赋形信息适配表,并不断定期刷新信息表的信息,以确保信息的实时性和可靠性。利用这些信息,一方面PCP/AP能有效进行通信资源分配,完成全网资源优化调度,为空间复用技术奠定基础,另一方面,相同位置进行数据传输时,直接调用适配表中的波束赋形信息,无需重新进行波束训练,节约资源,提高通信的效率。其次,本文研究基于协议干扰模型的空间复用调度算法。在本方案中,针对具体的系统模型定义空间复用评估准则和信息收集机制,以本文所提的波束训练机制为基础,将适配表中的信息转化为波束差值表,根据波束差值表来判断链路能否进行空间复用,通过空间复用调度算法,选出对应服务期中能够同时进行数据传输的链路,生成可行的链路调度方案。从仿真结果可以看出,相比较IEEE802.11ad标准的方案以及MSND方案,本文提出的方案能够有效提高空间复用的增益。最后,本文分析了协议干扰模型的局限性,研究基于物理干扰模型的空间复用调度算法。在本方案中,以信干噪比为空间复用的判决准则,针对四种不同的场景,利用波束训练得到的信息推导出更加简单的评判表达式。在考虑空间复用的调度方案上,兼顾考虑链路调度的公平性,对于首先要求的链路优先安排在服务期中,而且每一个服务期都安排了链路,充分利用了服务期的资源,然后根据判定结果合理安排链路调度,以达到空间复用的目的。最终的仿真表明,相比较传统的空间复用技术,本文提出的基于物理干扰模型的空间复用方案能够进一步提高空间复用的增益。
[Abstract]:With the rapid development of modern communication industry, the rate of wireless multimedia applications such as uncompressed high-definition video transmission and mass download is increasingly demanding. At present, the microwave frequency spectrum is short of resources, and it is difficult to further improve the spectrum efficiency. Therefore, it is difficult to achieve the requirement of high rate. At present, the 30~300GHz millimeter-wave frequency band, which has not been fully developed and utilized, has sufficient spectrum resources, which is bound to become the ideal carrier band for the next generation of ultra-high speed communication. In recent years, countries around the world have been opening up 57~66GHz spectrum resources, up to the continuous bandwidth of 9GHz provides unlimited possibilities for ultra-high speed millimeter-wave wireless communications, and has become the focus of academic and industrial attention. As the main application scenario of millimeter-wave, dense indoor wireless personal area network usually requires multiple links to communicate simultaneously. However, according to the situation of signal division in most countries, millimeter-wave communication can only cover two channels. Therefore, how to improve the spatial reuse ability of the system has become one of the key issues in improving the network capacity. In this paper, the key problems of millimeter wave wireless communication, such as beam training and space multiplexing, are studied. Firstly, the beam training mechanism in IEEE 802.11ad standard is studied, and an improved beam training mechanism based on information feedback is proposed. In this scheme, after beam training is carried out by the link sender and receiver, the information of beam training is uploaded to the PCPP / AP / PCPP / AP to collect information, and the beamforming information matching table based on the position index is generated, and the information of the information table is constantly refreshed. To ensure the real-time and reliability of information. Using this information, on the one hand, PCP/AP can effectively allocate the communication resources, complete the optimal scheduling of the whole network resources, and lay the foundation for the spatial multiplexing technology. On the other hand, when the data is transmitted in the same location, The beamforming information in the adaptive table is called directly, so it is not necessary to retrain the beam, thus saving resources and improving the communication efficiency. Secondly, this paper studies spatial multiplexing scheduling algorithm based on protocol interference model. In this scheme, the spatial multiplexing evaluation criteria and information collection mechanism are defined for the specific system models. Based on the beam training mechanism proposed in this paper, the information in the adaptation table is transformed into the beam difference table. According to the beam difference table to determine whether the link can be spatially multiplexed. By using spatial multiplexing scheduling algorithm, the links that can simultaneously transmit data in the corresponding service period are selected, and a feasible link scheduling scheme is generated. The simulation results show that compared with the IEEE802.11ad standard scheme and the MSND scheme, the scheme proposed in this paper can effectively improve the gain of spatial multiplexing. Finally, the limitations of the protocol interference model are analyzed, and the spatial multiplexing scheduling algorithm based on the physical interference model is studied. In this scheme, the signal-to-noise ratio is taken as the decision criterion of spatial multiplexing. For four different scenarios, a simpler evaluation expression is derived from the information obtained by beam training. When considering the scheduling scheme of spatial multiplexing, considering the fairness of link scheduling, the priority of the first required link is in the service cycle, and each service period has arranged the link, making full use of the resources of the service period. Then the link scheduling is arranged according to the decision result to achieve the purpose of spatial multiplexing. Finally, the simulation results show that compared with the traditional spatial multiplexing technology, the spatial multiplexing scheme based on physical interference model can further improve the spatial multiplexing gain.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN928
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 洪一;方体莲;;数字波束形成中密集目标分辨研究[J];信号处理;2007年01期
2 孙晓舟;吕继荣;;多工作模式下数字波束形成的工程实现[J];中国电子科学研究院学报;2007年03期
3 J·R·沃林顿 ,邱文杰 ,谢处方;相控朿雷达的波束形成方案[J];成都电讯工程学院学报;1988年S1期
4 H·史蒂斯凯尔 ,邱文杰 ,谢处方;数字波束形成天}樯躘J];成都电讯工程学院学报;1988年S1期
5 陈建峰,黄建国;基于多波束系统的多目标高分辨定向新方法[J];电子学报;1999年03期
6 胡宏林,郭凯,朱近康;强方向性干扰下跳波束通信方式的性能分析[J];通信学报;2003年09期
7 李秋生;黄隆胜;刘小燕;;等间距圆形阵的波束性能仿真分析[J];北京联合大学学报(自然科学版);2010年04期
8 张玉洪;保铮;;任意分布阵列天线波束宽度的精确估计[J];西安电子科技大学学报;1988年02期
9 查林;;波束域积累检测应用研究[J];雷达科学与技术;2011年02期
10 张亦希,傅君眉,汪文秉;卫星阵馈反射面多波束天线赋形波束的性能分析[J];电子与信息学报;2003年04期
相关会议论文 前2条
1 张艳芹;方世良;;波束形成中多目标分辨率研究[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年
2 赵智勇;才振华;;矢量阵多目标谱线挑选MVDR波束形成[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
相关博士学位论文 前6条
1 韩璐;椭球粒子与激光有形波束的相互作用研究[D];西安电子科技大学;2014年
2 褚宏云;超高速毫米波无线通信网中继关键技术研究[D];东南大学;2015年
3 王彦勋;准光技术在天馈及波束变换中的应用研究[D];东南大学;2015年
4 陈阳;水声阵列信号处理理论及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 徐魁文;天线和逆散射若干问题研究[D];浙江大学;2014年
6 汪加洁;偏心粒子对有形波束散射及椭球粒子的彩虹特性[D];西安电子科技大学;2011年
相关硕士学位论文 前10条
1 廖志高;圆环形数字阵列方向图综合相关技术研究与验证[D];南京理工大学;2015年
2 魏晨;数字阵列雷达发射多波束关键技术研究[D];电子科技大学;2014年
3 刘东升;基于一种舰载圆柱相控阵天线的波束形成研究[D];中国舰船研究院;2015年
4 田宣宣;光纤延迟线与多波束应用研究[D];电子科技大学;2014年
5 刘力;收发数字波束形成系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2014年
6 杨遵立;基于有源天线的LTE系统的波束优化[D];西安电子科技大学;2014年
7 张阳阳;阵列系统中的波束形成安全技术研究[D];东南大学;2015年
8 杨恺;基于非均匀阵列的波束空间DOA估计研究[D];东南大学;2015年
9 张雅静;基于邻居波束对准与跟踪的移动Ad Hoc网络定向接入协议研究[D];南京航空航天大学;2016年
10 刘艳青;基于各向异性电磁超表面的多波束辐射与极化调控研究[D];东南大学;2016年
,本文编号:1842418
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/1842418.html