本文關(guān)鍵詞：大規(guī)模MIMO多用戶傳輸系統(tǒng)級(jí)仿真

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【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷普及,移動(dòng)通信對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笈c日俱增。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)可以在不增加頻譜資源的情況下,成倍地提高系統(tǒng)吞吐量,近年來在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到廣泛關(guān)注。大規(guī)模MIMO技術(shù)通過在基站側(cè)配置大規(guī)模天線陣列,大大提高頻譜效率和信號(hào)傳輸質(zhì)量,在頻譜資源日趨緊張的今天,成為面向5G的無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)。波束域傳輸方案通過信道的空間特性進(jìn)行多用戶傳輸,可以在較低的復(fù)雜度下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模MIMO多用戶傳輸性能。本文從系統(tǒng)級(jí)仿真角度對大規(guī)模MIMO波束域傳輸方案進(jìn)行研究,通過對大規(guī)模MIMO的仿真需求分析構(gòu)建高效的系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái),并對大規(guī)模MIMO波束域的傳輸方案進(jìn)行性能評(píng)估。首先,本文研究了大規(guī)模MIMO下的波束域下行鏈路多用戶傳輸方案。通過研究大規(guī)模MIMO空間信道的特點(diǎn),在物理信道模型下對空間信道的發(fā)送相關(guān)陣的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析,得到發(fā)送天線趨于無窮時(shí)發(fā)送相關(guān)陣的特征矩陣為DFT陣,并且統(tǒng)計(jì)信道信息與頻率無關(guān)。利用大規(guī)模MIMO的空間信道特性,得出波束域傳輸表達(dá)式及統(tǒng)計(jì)信道信息的獲取方法。在調(diào)度優(yōu)化模型方面,通過對波束域多用戶傳輸和速率優(yōu)化問題的研究,得出最優(yōu)傳輸方案下每個(gè)用戶使用不同的波束進(jìn)行傳輸。從而,提出波束域下行鏈路傳輸方案,其特點(diǎn)為經(jīng)過調(diào)度后每個(gè)用戶在其波束所確定的子信道上進(jìn)行傳輸。接著,本文討論了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)的構(gòu)建。參考LTE系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)的基本原理與實(shí)現(xiàn)方案,對通信過程中的各個(gè)元素進(jìn)行建模,包括小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、用戶移動(dòng)性處理模型、傳播衰落模型、鏈路級(jí)與系統(tǒng)級(jí)仿真接口、自適應(yīng)編碼調(diào)制、HARQ處理的基本模型和實(shí)現(xiàn)方法。其中對大規(guī)模MIMO多徑信道模型進(jìn)行了研究,通過利用對信道實(shí)現(xiàn)中不同維度的相關(guān)性對信道生成過程做出優(yōu)化。通過的計(jì)算預(yù)處理和路徑收縮等方法大大減少計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源,實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模MIMO信道模型并驗(yàn)證其在不同場景下的高效性和正確性。同時(shí)通過對系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行討論,搭建基于C++的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)。最后,本文對大規(guī)模MIMO波束域下行鏈路多用戶傳輸方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。大規(guī)模MIMO波束域傳輸方案的系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)架構(gòu)由計(jì)算驅(qū)動(dòng),集中計(jì)算所需的數(shù)據(jù)可以便于各模塊的優(yōu)化。根據(jù)大規(guī)模MIMO波束域傳輸方案的特點(diǎn),分析了在空間信道下和波束域傳信道下系統(tǒng)級(jí)仿真多用戶干擾計(jì)算的復(fù)雜度,通過利用稀疏矩陣進(jìn)行預(yù)編碼減少仿真的計(jì)算量。在波束域傳輸方案下,討論了不同調(diào)度算法及其復(fù)雜度,通過在貪婪算法和簡化貪婪算法中加入正比例公平因子調(diào)整調(diào)度方案的公平性,并討論了干擾噪聲水平的準(zhǔn)確獲取對調(diào)度結(jié)果的影響,將調(diào)度算法擴(kuò)展到多小區(qū)。仿真結(jié)果顯示,大規(guī)模MIMO在信道角度擴(kuò)展較小的場景中可以達(dá)到很好的性能；大規(guī)模波束域傳輸方案可以達(dá)到大規(guī)模MIMO信道的基本傳輸性能：在基站側(cè)配置數(shù)十根天線時(shí),天線數(shù)量的增加仍能導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提升。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.3

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