面向B4G/5G的大规模MIMO无线通信系统关键技术研究
发布时间：2020-12-27 19:01
为了应对无线通信数据量的迅猛增长以及智能接入终端数量的大幅增加,业内己开始着眼于面向2020年之后的第五代移动通信系统（5G）的技术研究以及标准化制定工作,尤其是针对5G系统重新定义了峰值速率、用户体验速率、移动性、端到端时延、连接数密度、流量密度、网络频谱效率和能量效率等八大关键能力指标。为了在有限的时频资源下实现这些指标要求,5G系统引入了多种能进一步挖掘频谱效率潜力的超高效能无线传输技术。其中,基于大规模多输入多输出（Massive MIMO,或称为Large-scale MIMO）的无线传输技术,通过大数量天线的使用,深度挖掘空间维度资源,获得了诸多不同于传统MIMO系统的传输特性和物理特性,从而可在不增加时频资源开销的情况下使频谱效率和功率效率在4G系统的基础上再提升一个量级。因此,大规模MIMO技术也被业内普遍认为是5G系统的核心技术之一。然而,大规模MIMO技术在应用过程中仍存在许多有待解决的问题,如频分双工（FDD）制式下适度的导频开销方案及设计、高能效的绿色大规模MIMO资源分配、异构网络大规模MIMO以及分布式大规模MIMO系统的传输容量性能分析和移动场景下时变信道...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２多种技术相融合的大规模Ｍ１Ｍ０应用场最示意图??
行冇效的天线数和发射功率优化，将是十分重要的研宄方向，也是本文所要着重解决??的问题之一。??１．３．３分布式大规模Ｍ［ＭＯ技术??上面两个小节主要从天线集中式排布的角度介绍了大规模ＭＩＭＯ部署于基站和中??继节点的研究进展，而且早期对于大规模ＭＩＭＯ技术的研宄也是从集中式排布着手??的除了集中式天线排布之外，另一种与之相对应的天线排布方式——分布式??多天线系统，也是未来移动通信系统中的一种极为重要的系统休系架构。广义的??分布式天线系统主要指的是将配备单根或多根天线的多个远端射频单元（ＲＲＵ，?Ｒｅｍｏｔｅ??Ｒａｄｉｏ?Ｕｎｉｔ）部署在小区内的不同位置，再通过高速链路（如光纤链路）将各ＲＲＵ连接??至中央处理单元（ＣＵ，?Ｃｅｎｔｒａｌ?Ｕｎｉｔ），在ＣＵ处对所有ＲＲＵ端的信号进行联合处理，由??此构成了分布式ＭＩＭＯ系统。通过将ＲＲＵ散布在小区内，拉近了用户到避站射频天线??间的距离，大大降低了路径损耗。除此之外，配备多根天线的ＲＲＵ还可以获得多根天??线间的微分集增益，再加上各个ＲＲＵ之间的协作处理，从而获得更好的宏分集增益，??这些都使得分布式ＭＩＭＯ系统可以扩展小区覆盖范围，提升系统频谱和能量效率，进??一步增强传输容量。而近些年来，分布式ＭＩＭＯ系统也得到了学术界和标准化组织的??
如下两个条件：??ｌｉｍ?ｓｕｐ?｜｜Ｒ｜｜?＜?ｏｏ?（２．２）??Ｎ－＞ｏｏ??ｌｉｍ?ｉｎｆ＾－ｔｒＲ?＞?０?（２．３）??Ｎ—＞〇〇?Ｎ??（２．２）式和（２．３）式表明Ｒ具有一致有界谱范数，且该谱范数是与天线数ＴＶ无关的。令??其秩ｉ．ａｎｋ（Ｒ）?＝?／（，且满足关系式ｃｉＶ?ｇ?ｇ?其中，０?＜?ｃ?ｇ?１，该条件表明Ｒ??可以为降秩阵，但其秩随天线数线性变化［１Ｍ］。除此之外，信道的空间相关性强弱可??以由其相关阵的特征值分布所表征，即弱相关信道下，其特征值趋于等值分布，而??强相关信道下，少数较大的特征值占据信道的主要能量［１４６］。因此，这里对Ｒ进行??特征值分解得到Ｒ?＝?ＵＡＵＨ，其中，Ｕ?ｅ?ＣＷｘＫ是由Ｒ的特征向量组成的酉矩阵，??人＝ｄｉａｇ丨丨Ａ２，．．．?ｅ?Ｃ／＜ｘ／ｆ则表示由Ｒ的特征值组成的对角阵，且特征值以降??序排列，即２?Ａ２?？?？?．?２?２?０。??基于（２．丨）式，用户端采用般小均方误差（ＭＭＳＥ，?Ｍｉｎｉ丨ｍｉｎｉ?Ｍｅａｎ?Ｓｑｕａｒｅｄ?Ｅｒｒｏｒ）估??计器对ＣＳ丨进行估计。根則标准的佔计理论［１４７］，可以得到ｈ的佔计向ｆｉ?ｉｉ为??ｈ?＝?Ｖ／＾ＲＸ（＾，Ｘ１ＩＲＸ?＋?＾Ｉ；，）－１ｙＰ?（２．４）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]An overview of transmission theory and techniques of large-scale antenna systems for 5G wireless communications[J]. Dongming WANG,Yu ZHANG,Hao WEI,Xiaohu YOU,Xiqi GAO,Jiangzhou WANG. Science China(Information Sciences). 2016(08)
[2]Non-Orthogonal Multiple Access（NOMA） for Future Downlink Radio Access of 5G[J]. LI Anxin,LAN Yang,CHEN Xiaohang,JIANG Huiling. 中国通信. 2015(S1)
[3]多用户大规模MIMO系统能效资源分配算法[J]. 胡莹,黄永明,俞菲,杨绿溪. 电子与信息学报. 2015(09)
[4]面向5G无线通信系统的关键技术综述[J]. 杨绿溪,何世文,王毅,代海波. 数据采集与处理. 2015(03)
[5]5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨. 中国科学:信息科学. 2014(05)
本文编号：2942303
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：190 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２多种技术相融合的大规模Ｍ１Ｍ０应用场最示意图??
行冇效的天线数和发射功率优化，将是十分重要的研宄方向，也是本文所要着重解决??的问题之一。??１．３．３分布式大规模Ｍ［ＭＯ技术??上面两个小节主要从天线集中式排布的角度介绍了大规模ＭＩＭＯ部署于基站和中??继节点的研究进展，而且早期对于大规模ＭＩＭＯ技术的研宄也是从集中式排布着手??的除了集中式天线排布之外，另一种与之相对应的天线排布方式——分布式??多天线系统，也是未来移动通信系统中的一种极为重要的系统休系架构。广义的??分布式天线系统主要指的是将配备单根或多根天线的多个远端射频单元（ＲＲＵ，?Ｒｅｍｏｔｅ??Ｒａｄｉｏ?Ｕｎｉｔ）部署在小区内的不同位置，再通过高速链路（如光纤链路）将各ＲＲＵ连接??至中央处理单元（ＣＵ，?Ｃｅｎｔｒａｌ?Ｕｎｉｔ），在ＣＵ处对所有ＲＲＵ端的信号进行联合处理，由??此构成了分布式ＭＩＭＯ系统。通过将ＲＲＵ散布在小区内，拉近了用户到避站射频天线??间的距离，大大降低了路径损耗。除此之外，配备多根天线的ＲＲＵ还可以获得多根天??线间的微分集增益，再加上各个ＲＲＵ之间的协作处理，从而获得更好的宏分集增益，??这些都使得分布式ＭＩＭＯ系统可以扩展小区覆盖范围，提升系统频谱和能量效率，进??一步增强传输容量。而近些年来，分布式ＭＩＭＯ系统也得到了学术界和标准化组织的??
如下两个条件：??ｌｉｍ?ｓｕｐ?｜｜Ｒ｜｜?＜?ｏｏ?（２．２）??Ｎ－＞ｏｏ??ｌｉｍ?ｉｎｆ＾－ｔｒＲ?＞?０?（２．３）??Ｎ—＞〇〇?Ｎ??（２．２）式和（２．３）式表明Ｒ具有一致有界谱范数，且该谱范数是与天线数ＴＶ无关的。令??其秩ｉ．ａｎｋ（Ｒ）?＝?／（，且满足关系式ｃｉＶ?ｇ?ｇ?其中，０?＜?ｃ?ｇ?１，该条件表明Ｒ??可以为降秩阵，但其秩随天线数线性变化［１Ｍ］。除此之外，信道的空间相关性强弱可??以由其相关阵的特征值分布所表征，即弱相关信道下，其特征值趋于等值分布，而??强相关信道下，少数较大的特征值占据信道的主要能量［１４６］。因此，这里对Ｒ进行??特征值分解得到Ｒ?＝?ＵＡＵＨ，其中，Ｕ?ｅ?ＣＷｘＫ是由Ｒ的特征向量组成的酉矩阵，??人＝ｄｉａｇ丨丨Ａ２，．．．?ｅ?Ｃ／＜ｘ／ｆ则表示由Ｒ的特征值组成的对角阵，且特征值以降??序排列，即２?Ａ２?？?？?．?２?２?０。??基于（２．丨）式，用户端采用般小均方误差（ＭＭＳＥ，?Ｍｉｎｉ丨ｍｉｎｉ?Ｍｅａｎ?Ｓｑｕａｒｅｄ?Ｅｒｒｏｒ）估??计器对ＣＳ丨进行估计。根則标准的佔计理论［１４７］，可以得到ｈ的佔计向ｆｉ?ｉｉ为??ｈ?＝?Ｖ／＾ＲＸ（＾，Ｘ１ＩＲＸ?＋?＾Ｉ；，）－１ｙＰ?（２．４）??
【参考文献】：
期刊论文
[1]An overview of transmission theory and techniques of large-scale antenna systems for 5G wireless communications[J]. Dongming WANG,Yu ZHANG,Hao WEI,Xiaohu YOU,Xiqi GAO,Jiangzhou WANG. Science China(Information Sciences). 2016(08)
[2]Non-Orthogonal Multiple Access（NOMA） for Future Downlink Radio Access of 5G[J]. LI Anxin,LAN Yang,CHEN Xiaohang,JIANG Huiling. 中国通信. 2015(S1)
[3]多用户大规模MIMO系统能效资源分配算法[J]. 胡莹,黄永明,俞菲,杨绿溪. 电子与信息学报. 2015(09)
[4]面向5G无线通信系统的关键技术综述[J]. 杨绿溪,何世文,王毅,代海波. 数据采集与处理. 2015(03)
[5]5G移动通信发展趋势与若干关键技术[J]. 尤肖虎,潘志文,高西奇,曹淑敏,邬贺铨. 中国科学:信息科学. 2014(05)
本文编号：2942303
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