無線通信大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間：2017-08-02 11:36
本文關(guān)鍵詞：無線通信大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)研究
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【摘要】：隨著無線數(shù)據(jù)流量和用戶終端數(shù)目的指數(shù)級(jí)增長,新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)速率、頻譜效率、覆蓋范圍等關(guān)鍵指標(biāo)提出了更高的要求。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO, Multiple-Input Multiple-Output)傳輸作為新一代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一,能夠在同一時(shí)頻資源上服務(wù)更多用戶,并且具有數(shù)據(jù)速率更高和功率消耗更低等優(yōu)點(diǎn),但是其仍然有許多亟待解決的問題,比如下行預(yù)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)、復(fù)雜度高、信道信息不理想等問題。針對(duì)這些問題,本文研宄無線通信大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù),主要工作內(nèi)容如下：1、研究了多用戶MIMO系統(tǒng)模型和多用戶MIMO預(yù)編碼、協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)等內(nèi)容,重點(diǎn)討論了迫零(ZF, Zero Forcing)預(yù)編碼、最大比發(fā)送(MRT,Maximal-Ratio Transmit)預(yù)編碼、最小均方誤差(MMSE, Minimum Mean Square Error)預(yù)編碼,同時(shí)研究了協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)的分類、與MIMO的異同以及協(xié)同波束成形技術(shù)的分析等等。Matlab仿真結(jié)果表明在低信噪比(SNR,Signal to Noise Ratio)時(shí),MMSE預(yù)編碼性能明顯優(yōu)于ZF、MRT預(yù)編碼；在高SNR時(shí),ZF、MMSE預(yù)編碼性能相近;另外在天線數(shù)變多的時(shí)候,ZF、MRT、MMSE預(yù)編碼性能之間的差距也在減小等等。2、研究了多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案的優(yōu)化設(shè)計(jì),并以單基站功率約束下的最大化最差信干噪比(max-min SINR, Maximum the Minimum Signal to Interference plus Noise Ratio)為優(yōu)化目標(biāo)。首先根據(jù)上下行對(duì)偶理論,將原始的下行非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成等價(jià)的上行解耦優(yōu)化問題,然后提出了有限系統(tǒng)中需要依賴瞬時(shí)信道信息瞬時(shí)更新上下行功率的算法,并且該算法中下行功率不需要迭代,可由擴(kuò)展耦合矩陣直接計(jì)算得到。為了解決功率需要瞬時(shí)更新的問題,針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng),依據(jù)隨機(jī)矩陣?yán)碚?提出了只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息更新上下行功率的算法,同時(shí)波束矢量只需要根據(jù)獲得的上行功率以及可獲得的本地瞬時(shí)信道信息直接計(jì)算得到。仿真結(jié)果表明了所提算法的可行性和有效性。3、針對(duì)上述多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的大維矩陣求逆問題,為了降低大維矩陣求逆的復(fù)雜度,由截?cái)喽囗?xiàng)式的思想給出了由有限項(xiàng)數(shù)表示的MMSE波束矢量,同時(shí)為了避免求解有耦合變量的下行優(yōu)化問題,利用截?cái)喽囗?xiàng)式表示的MMSE波束矢量給出了等價(jià)的上行信干噪比表達(dá)式,進(jìn)而提出了低復(fù)雜度波束矢量算法,另外通過引入關(guān)于變量t的隨機(jī)函數(shù),使得求解截?cái)喽囗?xiàng)式系數(shù)的算法只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息。仿真表明該算法當(dāng)多項(xiàng)式階數(shù)很低時(shí),就可達(dá)到很好的性能,并且該階數(shù)不隨系統(tǒng)維數(shù)的增大而變化,同時(shí)若需要保持該算法與MMSE波束矢量算法的性能損失不變,那么階數(shù)需要隨著SNR的增大而增大,但是該階數(shù)相對(duì)于系統(tǒng)維數(shù)來說,仍然是很小的。4、在上述工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮信道信息的非理想性,研究了信道模型存在信道估計(jì)誤差時(shí)的多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先以單基站功率約束下含有信道估計(jì)誤差的大規(guī)模系統(tǒng)的max-min SINR為優(yōu)化目標(biāo),提出了在有限系統(tǒng)中需要瞬時(shí)信道信息進(jìn)行功率更新的算法,同時(shí)針對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)提出了只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息更新上下行功率的算法；另外為了解決信道模型存在信道估計(jì)誤差時(shí)的大維矩陣求逆復(fù)雜度高的問題,利用截?cái)喽囗?xiàng)式的思想以及引入隨機(jī)函數(shù)的方法,提出了將大維矩陣的求逆轉(zhuǎn)化為階數(shù)可控制的多項(xiàng)式并且只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息優(yōu)化多項(xiàng)式系數(shù)的低復(fù)雜度波束矢量算法。Matlab仿真表明,信道存在估計(jì)誤差時(shí),max-min SINR優(yōu)化算法以及低復(fù)雜度波束矢量算法的有效性,并且即使信道質(zhì)量很差,該算法仍然能達(dá)到較好的性能。
【關(guān)鍵詞】：功率控制 多小區(qū)協(xié)同波束成形 上下行對(duì)偶 多項(xiàng)式展開 隨機(jī)矩陣?yán)碚?/strong>
【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
【目錄】：
- 摘要4-6
- Abstract6-13
- 本論文專用術(shù)語的注釋表13-14
- 第一章 緒論14-20
- 1.1 論文的研究背景14-16
- 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
- 1.3 論文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排17-20
- 第二章 多基站協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)20-34
- 2.1 引言20
- 2.2 多用戶MIMO系統(tǒng)模型20-21
- 2.3 經(jīng)典預(yù)編碼21-23
- 2.3.1 迫零預(yù)編碼22-23
- 2.3.2 最大比發(fā)送預(yù)編碼23
- 2.3.3 最小均方誤差預(yù)編碼23
- 2.4 協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)23-26
- 2.4.1 協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)的分類24-25
- 2.4.2 CoMP與MIMO的異同25-26
- 2.4.3 協(xié)同波束成形技術(shù)分析26
- 2.5 仿真結(jié)果與分析26-32
- 2.6 本章小結(jié)32-34
- 第三章 大規(guī)模MIMO協(xié)作傳輸技術(shù)34-50
- 3.1 引言34-35
- 3.2 系統(tǒng)模型35-36
- 3.3 上下行優(yōu)化問題間的對(duì)偶關(guān)系36-38
- 3.4 有限系統(tǒng)分析38-39
- 3.5 大規(guī)模系統(tǒng)分析39-44
- 3.5.1 上行鏈路的近似分析39-41
- 3.5.2 下行鏈路的近似分析41-44
- 3.6 仿真結(jié)果與分析44-48
- 3.7 本章小結(jié)48-50
- 第四章 低復(fù)雜度大規(guī)模MIMO協(xié)作傳輸技術(shù)50-60
- 4.1 引言50-51
- 4.2 截?cái)喽囗?xiàng)式波束矢量51-52
- 4.3 優(yōu)化截?cái)喽囗?xiàng)式波束矢量52-53
- 4.4 分析截?cái)喽囗?xiàng)式矩陣53-56
- 4.5 仿真結(jié)果與分析56-59
- 4.6 本章小結(jié)59-60
- 第五章 魯棒的大規(guī)模MIMO協(xié)作傳輸技術(shù)60-80
- 5.1 引言60-61
- 5.2 系統(tǒng)模型61-62
- 5.3 魯棒的多小區(qū)波束成形算法62-71
- 5.3.1 有限系統(tǒng)分析62-65
- 5.3.2 大規(guī)模系統(tǒng)分析65-67
- 5.3.3 仿真結(jié)果與分析67-71
- 5.4 魯棒的低復(fù)雜度波束矢量設(shè)計(jì)71-78
- 5.4.1 截?cái)喽囗?xiàng)式波束矢量71-72
- 5.4.2 優(yōu)化截?cái)喽囗?xiàng)式波束矢量72-73
- 5.4.3 分析截?cái)喽囗?xiàng)式矩陣73-75
- 5.4.4 仿真結(jié)果與分析75-78
- 5.5 本章小結(jié)78-80
- 第六章 全文總結(jié)80-82
- 6.1 本文工作總結(jié)80-81
- 6.2 工作展望81-82
- 附錄A 相關(guān)引理82-84
- 附錄B 證明定理284-86
- 附錄C 證明定理386-88
- 附錄D 證明定理488-90
- 附錄E 證明定理590-92
- 參考文獻(xiàn)92-98
- 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果98-100
- 致謝100
【相似文獻(xiàn)】
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2 王中鵬;張少中;;平坦信道下的MIMO信道估計(jì)誤差分析[J];電訊技術(shù);2008年02期
3 曾二林;朱世華;廖學(xué)文;;存在信道估計(jì)誤差的有限反饋多用戶多輸入多輸出傳輸性能分析[J];電子與信息學(xué)報(bào);2009年02期
4 黃森華;邱玲;朱近康;;信道估計(jì)誤差對(duì)下行多用戶迫零波束成型系統(tǒng)吞吐量的影響[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期
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7 戰(zhàn)金龍;廖桂生;劉宏清;;V-BLAST系統(tǒng)中一種新的穩(wěn)健的檢測算法[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2007年05期
8 楊U，
本文編號(hào)：609104
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