【摘要】：近年來,大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)被認為是未來提高無線通信系統(tǒng)容量和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一,受到來自學術(shù)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。大規(guī)模MIMO技術(shù)能夠充分挖掘利用空間資源,達到復(fù)用時頻資源、增強信號、抑制干擾的目的,可以有效的提高系統(tǒng)頻譜利用率和功率效率。然而,大規(guī)模MIMO的實現(xiàn)面臨著一些挑戰(zhàn)。首先,主要挑戰(zhàn)之一是基站端信道狀態(tài)信息獲取困難。對于頻分雙工(Frequency Division Duplexing,FDD)系統(tǒng),由于下行訓練成為瓶頸,并且隨著基站天線數(shù)和用戶數(shù)增加時,瞬時信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)的反饋將會產(chǎn)生巨大開銷。利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息進行系統(tǒng)設(shè)計是克服這一困難的有效可行方法。大規(guī)模天線陣列的部署是另一個主要挑戰(zhàn),基站端部署的天線數(shù)受基站空間限制,若采用傳統(tǒng)的均勻線性天線陣列(Uniform Linear Array,ULA),需要占用大量空間,難以實現(xiàn)�？朔@一困難的一種有效途徑是將天線部署在二維區(qū)域,稱為全維MIMO(Full-Dimension MIMO,FD-MIMO)或三維MIMO(Three-Dimension MIMO,3D-MIMO)。因此,本文針對基站部署二維均勻平面天線陣的FD-MIMO系統(tǒng),研究利用統(tǒng)計信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)傳輸及干擾協(xié)調(diào)方法。首先,針對在基站端部署二維天線陣列的FD-MIMO單小區(qū)系統(tǒng),介紹了利用統(tǒng)計CSI的下行自適應(yīng)傳輸方案及用戶調(diào)度方法。利用Mullen不等式得到用戶平均信漏噪聲比(Signal-to-Leakageand-Noise-Ratio,SLNR)的一個簡單閉式下界,在最大化用戶平均SLNR下界的準則下,得出基站應(yīng)選擇最強水平特征方向或者最強垂直特征方向正交的用戶進行服務(wù),進而得到一種低復(fù)雜度的三維(Three-Dimensional,3D)預(yù)波束賦形空分多址傳輸方法。仿真結(jié)果表明,當瞬時CSI質(zhì)量較差時,僅利用統(tǒng)計CSI的3D預(yù)波束賦形傳輸方法的性能可與迫零(Zero-Forcing,ZF)和匹配濾波(Matched Filter,MF)預(yù)編碼傳輸方法相比,甚至更優(yōu),且對于FDD系統(tǒng),所需要的反饋開銷更低。其次,針對宏蜂窩基站配置大規(guī)模二維天線陣列而微蜂窩基站配置一般天線陣列的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Networks,HetNets),研究了僅利用統(tǒng)計CSI的下行傳輸方案和層間干擾協(xié)調(diào)策略。首先推導得到宏蜂窩用戶信干噪聲比(Signal-to-Interference-Plus-Noise-Ratio,SINR)的一個簡單近似表達式和微蜂窩用戶平均SINR的一個閉式下界。然后,在最大化宏蜂窩用戶SINR近似表達式的準則下,將FD-MIMO同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的3D預(yù)波束賦形空分多址傳輸方法推廣至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,利用所得宏蜂窩用戶SINR的近似及微蜂窩用戶平均SINR的下界,得到僅利用部分統(tǒng)計CSI的層間干擾協(xié)調(diào)方法。進而,推導出基于3D波束賦形的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中宏蜂窩用戶和微蜂窩用戶遍歷速率的閉式近似表達式。仿真結(jié)果表明所提出的下行傳輸方法和干擾協(xié)調(diào)策略可以較好的平衡宏蜂窩和微蜂窩的性能。最后,針對多小區(qū)FD-MIMO系統(tǒng),研究了平衡用戶公平性及可達速率的多小區(qū)下行傳輸和干擾協(xié)調(diào)方法。首先,將3D預(yù)波束賦形傳輸方法推廣至FD-MIMO多小區(qū)下行傳輸系統(tǒng)中的各小區(qū),并為每個用戶引入優(yōu)先級。從而,得到基于優(yōu)先級的3D波束成型下行傳輸方法,提高用戶公平性。進而,利用各用戶統(tǒng)計CSI將各小區(qū)內(nèi)用戶劃分為中心用戶和邊緣用戶,并僅對邊緣用戶進行干擾協(xié)調(diào),從而降低小區(qū)間信息交互量及復(fù)雜度。在此基礎(chǔ)上,利用平均干擾與信號比的閉式下界,提出綜合利用優(yōu)先級及統(tǒng)計CSI的簡單干擾協(xié)調(diào)策略。所提方法復(fù)雜度低,所需反饋開銷及信息交互量小。仿真結(jié)果表明所提出的下行傳輸方法和干擾協(xié)調(diào)策略有效提高了邊緣用戶速率及平均用戶速率,且具有較好的公平性。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.3

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