【摘要】：作為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的一項(xiàng)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(lái)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(duì)算法得到了極大的關(guān)注與研究,針對(duì)提升期望用戶接收功率的問(wèn)題,現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究大部分集中在視距(LOS)場(chǎng)景下的波束賦形方法和用戶配對(duì)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(shí)際的無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)景并不都能滿足視距LOS條件,很多時(shí)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(duì)這個(gè)問(wèn)題,本文主要在只能獲知信道分布信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行非視距(NLOS)場(chǎng)景下的波束賦形算法以及用戶配對(duì)算法的研究與設(shè)計(jì)。對(duì)于波束賦形算法的設(shè)計(jì),本文根據(jù)接收端用戶數(shù)目的不同分為單用戶場(chǎng)景與多用戶場(chǎng)景。首先分別闡述了各個(gè)場(chǎng)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(chǎng)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(wèn)題表達(dá)式,在此基礎(chǔ)上,本文提出了針對(duì)NLOS下的單用戶加權(quán)最小均方誤差波束賦形算法,通過(guò)求解以最大信噪比為目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題,來(lái)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(duì)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(guò)搭建基于MATLAB的大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng),也對(duì)上述的各種算法性能進(jìn)行了仿真分析與驗(yàn)證。對(duì)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(duì)算法的設(shè)計(jì),根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同分為L(zhǎng)OS場(chǎng)景以及NLOS場(chǎng)景。首先依然介紹了已有的用戶配對(duì)算法,通過(guò)分析已有算法的優(yōu)缺點(diǎn)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(duì)都需要遍歷所有的待配對(duì)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(chǎng)景下的配對(duì)算法。但是對(duì)于NLOS場(chǎng)景,各徑功率衰減都很大,僅僅通過(guò)信道空間相關(guān)矩陣已經(jīng)沒(méi)有辦法確定主徑的方向,因此本文從干擾能量相對(duì)信號(hào)總能量的占比出發(fā)重新定義干擾因子,提出了NLOS場(chǎng)景下的用戶配對(duì)算法。之后在兩種配對(duì)算法的基礎(chǔ)上,提出了一種針對(duì)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(guò)求解以最大信干噪比為目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題,來(lái)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(duì)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(duì)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(duì)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(jìn)行了驗(yàn)證。本文提出的大規(guī)模MIMO波束賦形算法以及用戶配對(duì)算法,對(duì)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(shuō)噪聲向量與導(dǎo)向矢量中的每個(gè)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(duì)全空間搜索譜峰，而峰值對(duì)應(yīng)的得到的到達(dá)角。在8 8平面矩形陣列的場(chǎng)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(jì)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(chǎng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN919.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630549