【摘要】：作為下一代無線通信系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù),大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)(Massive MIMO)是可以滿足未來更高的信息傳輸要求的重要技術(shù)之一。為了有效提升頻譜利用率,減少用戶之間的干擾,提升期望接收用戶的性能,基于大規(guī)模天線技術(shù)的波束賦形算法以及用戶配對算法得到了極大的關(guān)注與研究,針對提升期望用戶接收功率的問題,現(xiàn)有文獻的研究大部分集中在視距(LOS)場景下的波束賦形方法和用戶配對算法,并且需要在基站側(cè)獲知理想的信道狀態(tài)信息,然而實際的無線通信應(yīng)用場景并不都能滿足視距LOS條件,很多時候也不能獲得理想信道信息,導(dǎo)致傳統(tǒng)的波束賦形算法不能得到期望的性能提升。針對這個問題,本文主要在只能獲知信道分布信息的基礎(chǔ)上進行非視距(NLOS)場景下的波束賦形算法以及用戶配對算法的研究與設(shè)計。對于波束賦形算法的設(shè)計,本文根據(jù)接收端用戶數(shù)目的不同分為單用戶場景與多用戶場景。首先分別闡述了各個場景下傳統(tǒng)的波束賦形算法,包括基于角度信息的波束賦形算法以及MIMO波束賦形算法,然后在只知道信道分布信息的前提下,從理論上證明了在單用戶場景中可以利用空間相關(guān)矩陣等效地替代信道分布信息,從而得到具體的優(yōu)化問題表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上,本文提出了針對NLOS下的單用戶加權(quán)最小均方誤差波束賦形算法,通過求解以最大信噪比為目標(biāo)的優(yōu)化問題,來獲得能夠使期望用戶接受功率最大化的最優(yōu)波束賦形權(quán)值矢量,該算法相對于現(xiàn)有的算法在期望用戶的接收性能有一定的性能提升。通過搭建基于MATLAB的大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng),也對上述的各種算法性能進行了仿真分析與驗證。對于多用戶大規(guī)模MIMO波束賦形算法,本文首先考慮了用戶配對算法的設(shè)計,根據(jù)應(yīng)用場景的不同分為LOS場景以及NLOS場景。首先依然介紹了已有的用戶配對算法,通過分析已有算法的優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)這些算法基本需要在基站側(cè)獲知所有用戶的理想信道狀態(tài)信息,并且每一次配對都需要遍歷所有的待配對用戶,算法復(fù)雜度比較高,所以本文在論證了信道空間相關(guān)矩陣與信道主徑方向的關(guān)系后,提出了LOS場景下的配對算法。但是對于NLOS場景,各徑功率衰減都很大,僅僅通過信道空間相關(guān)矩陣已經(jīng)沒有辦法確定主徑的方向,因此本文從干擾能量相對信號總能量的占比出發(fā)重新定義干擾因子,提出了NLOS場景下的用戶配對算法。之后在兩種配對算法的基礎(chǔ)上,提出了一種針對多用戶的大規(guī)模MIMO波束賦形算法,首先證明了可以利用空間相關(guān)矩陣等效地替代信道分布信息,然后通過求解以最大信干噪比為目標(biāo)的優(yōu)化問題,來獲得能夠使系統(tǒng)和速率最大化的最優(yōu)波束賦形權(quán)值矢量,該算法相對于現(xiàn)有的算法在系統(tǒng)和速率上有一定的性能提升。接著本文將提出的用戶配對算法與多用戶波束賦形算法相結(jié)合,與傳統(tǒng)的用戶配對算法相比在系統(tǒng)的容量以及吞吐量性能上都有一定的提升,最后也在系統(tǒng)仿真中進行了驗證。本文提出的大規(guī)模MIMO波束賦形算法以及用戶配對算法,對于降低用戶間的相互干擾、提高期望用戶接收功率以及提升頻譜資源利用率等方面的需求都有一定的參考意義。
【圖文】：

A R A U 0Hss n方面， Rss為可逆滿秩矩陣， A 則是列滿秩矩陣，所以顯然U 0n，也就是說噪聲向量與導(dǎo)向矢量中的每個列向量是正交的，那空間譜函數(shù)的表達(dá)式： 1 U UMUSICH Hn nP 到了空間譜函數(shù)之后，我們可以對全空間搜索譜峰，而峰值對應(yīng)的得到的到達(dá)角。在8 8平面矩形陣列的場景下，信噪比為 5dB，信為（前水平角，后俯仰角）：（10 ,60 ），（25 ,50 ），（60 ,20 ），（7SIC 算法估計到達(dá)的方位角以及俯仰角的仿真圖如圖 3.1 所示。

圖3.9 NLOS 場景方向圖-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 10000.511.522.533.544.55方 位 角 [Degree]幅度增益方 向 圖EBBMRTZFLCMVProposed
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 秦洪峰,曾召華;TD-SCDMA系統(tǒng)下行波束賦形技術(shù)研究[J];郵電設(shè)計技術(shù);2004年07期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 何欣;MISO系統(tǒng)下行鏈路波束成形技術(shù)[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

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本文編號：2630549