【摘要】：為了滿足新一代無線通信在接入、數(shù)據(jù)傳輸和時延等方面的要求,5G網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)配置和結(jié)構(gòu)方面,與4G相比呈現(xiàn)很大變化,大規(guī)模MIMO天線陣列將用于5G系統(tǒng)中。與傳統(tǒng)的MIMO信道相比,大規(guī)模MIMO場景下電磁波的傳播特性變得更加復(fù)雜,遠場效應(yīng)不再成立,信維道衰落和信道相關(guān)性也呈現(xiàn)新的特性。傳統(tǒng)的二維模型無法準確描述大規(guī)模MIMO信道,三模型引入復(fù)雜的幾何關(guān)系,使信道建模的任務(wù)變得更為艱巨。本論文研究了大規(guī)模MIMO場景下的三維信道建模方法和過程,具體的研究內(nèi)容包括:1.研究了 MMO系統(tǒng)的信道建模方法,從大尺度衰落和小尺度衰落方面分析了不同建模方法的區(qū)別。正弦波疊加法可以得到多條衰落信道,但是無法對天線間的相關(guān)性進行描述;SCM模型考慮了天線間的幾何關(guān)系,能夠描述MIMO系統(tǒng)的空間相關(guān)性;確定性信道模型基于射線追蹤技術(shù),具有較高的準確性同時計算復(fù)雜度也較高;Kronecker模型是一種簡化的相關(guān)模型,分別描述接收天線間的相關(guān)性和發(fā)送天線間的相關(guān)性,減小了信道分析的復(fù)雜度。2.基于5G場景,對MIMO的統(tǒng)計信道建模方法進行了演進,在傳統(tǒng)MIMO信道模型中,MIMO天線陣列的總體尺寸較小,每個天線元看到的散射體可以認為是相同的,而大規(guī)模MIMO天線陣列的尺寸較大,論文考慮了散射體在天線陣列軸上相應(yīng)于不同天線元的出現(xiàn)和消失。'仿真研究了信道的空間、時間和頻率相關(guān)性,并與與測量結(jié)果進行了對比,在考慮了天線陣列軸方向上的散射體生滅過程后,所構(gòu)造的信道模型更加符合實際信道。基于所構(gòu)造的模型,分析了天線選擇方案下的信道平均容量和奇異值分布,并確定了一種提高信道容量的天線選擇方法。3.將MIMO確定信道建模方法推廣到大規(guī)模MIMO,將建模環(huán)境分為白天和夜晚兩種不同的情形,對白天可能出現(xiàn)的一些車輛、行人等障礙物進行建模。仿真研究了不同時間、不同位置、不同移動方式的信道特性,分析了信道的瞬時容量。4.提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道建模方法,該方法采用SAGE(space-alternating generalized expectation-maximization,空間交替廣義期望最大)算法,并考慮估計的信道參數(shù)與散射體位置信息的對應(yīng),減小了信道估計的誤差。將信道建模問題歸結(jié)為機器學(xué)習(xí)中的回歸問題,利用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能以任意精度逼近任意復(fù)雜度的連續(xù)函數(shù)特性構(gòu)建信道模型的參數(shù)。經(jīng)分析和仿真,發(fā)現(xiàn)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道模型與SAGE建模方法相比更接近于實際信道。
【圖文】：

邐Ｉ逡逑快衰落｜邐｜慢衰落逡逑圖１－１基于衰落機制不同的信道模型的分類逡逑１．１信道建模逡逑１N１大尺度衰落逡逑路徑損耗會在較長的距離上（１００ｍ￣１０００ｍ）引起接收功率的變化，而陰影衰落則逡逑會造成障礙物尺度距離上（室外環(huán)境是１０ｍ？１００ｍ，室內(nèi)更�。┕β实淖兓�，二者都是逡逑在相對較大的距離上引起功率變化，稱為大尺度傳播效應(yīng)。因此大尺度衰落產(chǎn)生的原因逡逑有兩個：信號的路徑損耗和大尺寸的障礙物形成的陰影。路徑損耗隨著距離的增加而增逡逑加，描述了信號功率的平均衰減情況；陰影衰落損耗沿著平均路徑損耗變化，使接收功逡逑率在均值上下波動。逡逑大尺度衰落信道的模型，根據(jù)計算方法的實測和理論性，可以分為經(jīng)驗?zāi)Ｐ�、確定逡逑性模型和半確定性模型。經(jīng)驗?zāi)Ｐ褪歉鶕?jù)大量的測量結(jié)果統(tǒng)計分析后導(dǎo)出的公式，如逡逑ＨＡＴＡ模型、ＣＯＳＴ邋２３１模型；確定性模型是對具體的現(xiàn)場環(huán)境直接應(yīng)用電磁理論計算逡逑的方法，如自由空間模型、射線跟蹤模型、時域有限差分法（ＦＤＴＤ）和矩量法（ＭｏＭ）及這逡逑些方法的混合方法等確定性建模技術(shù)；半確定性模型是基于確定性方法用于一般的市區(qū)逡逑或室內(nèi)環(huán)境中導(dǎo)出的等式

３ＧＰＰＴＲ２５．９９６中提出的ＳＣＭ邋（ｓｐａｔｉａｌ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｍｏｄｅｌ，空間信道模型）是基于幾何逡逑學(xué)的空間信道模型，包含了一個出于校準的抽頭延遲線模型和一個為系統(tǒng)級仿真設(shè)計的逡逑隨機模型，可對基站和用戶設(shè)備（ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，邋ＵＥ）空間特性進行實際建模。圖１－５逡逑為空間模型參數(shù)的幾何關(guān)系，其中和分別是基站（ＢＳ）和接收端（ＭＳ）的天逡逑線陣列角，％ｓ和＆分別是ＢＳ和ＭＳ之間ＬＯＳ方向與各自天線陣列法線方向之間的夾逡逑免，和＆遍分別是ＢＳ和ＭＳ之間第ｎ條路徑的ＡＯＤ和ＡＯＡ，和？＾＾分逡逑別是ＢＳ和ＭＳ之間第ｎ條路徑的第ｍ條子徑ＡＯＤ和ＡＯＡ的偏移量，ｖ為ＭＳ的移動逡逑速度，，為ＭＳ的移動方向和天線陣列法線方向的夾角。逡逑—逡逑一＼？？一ｉ邐ｕｒ？｜逡逑邐卜＂＾邋Ａｓ天戰(zhàn)陣到垂直方向邐１邋ｍｓ天線陣內(nèi)逡逑＊＊邐＼邐ＭＳ移：動方向逡逑＇邐ＢＳ天線降刊蕃直方向逡逑圖１－５模型空間參數(shù)的幾何結(jié)構(gòu)Ｗ逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2598852