本文關(guān)鍵詞：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)技術(shù)研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代信息社會(huì)數(shù)據(jù)、視頻等高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展,移動(dòng)通信系統(tǒng)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。為了滿(mǎn)足這些需求,在無(wú)線(xiàn)頻譜資源日趨緊張、發(fā)射功率受限的環(huán)境下,大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系統(tǒng)由于其顯著提升系統(tǒng)頻譜效率和功率效率以及魯棒性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。大規(guī)模MIMO的性能很大程度上取決于基站是否能精確獲取當(dāng)前上下行鏈路的信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)。實(shí)際無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)常用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確及時(shí)獲取CSI。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)基站端天線(xiàn)數(shù)達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百以上,導(dǎo)頻污染、導(dǎo)頻資源消耗以及導(dǎo)頻功率等問(wèn)題限制了系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升。本論文針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)技術(shù)的研究。本論文首先簡(jiǎn)要介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型以及導(dǎo)頻污染問(wèn)題,詳細(xì)闡述了上行鏈路導(dǎo)頻傳輸以及上下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程,說(shuō)明了當(dāng)基站天線(xiàn)數(shù)趨于無(wú)窮大時(shí),大規(guī)模MIMO系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸信干比(Signal-to-Interference Ratio, SIR)主要受導(dǎo)頻污染的影響。然后,論文針對(duì)基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度開(kāi)展研究和仿真分析。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的各用戶(hù)通常具有不同的移動(dòng)速度,對(duì)應(yīng)的信道相干時(shí)間不同,因此需要發(fā)送導(dǎo)頻的間隔不同。根據(jù)該特點(diǎn)將小區(qū)分組,提出一種基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度方案。仿真結(jié)果顯示該導(dǎo)頻調(diào)度方法可以有效降低導(dǎo)頻污染,提高整體用戶(hù)的可達(dá)速率。其次,論文重點(diǎn)研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻資源消耗問(wèn)題。利用大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道的近似正交性,采用串行干擾抵消(Successive Interference Cancellation, SIC)輔助的信道估計(jì)方法,提出一種半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì),并從理論和仿真兩個(gè)方面分別比較了采用半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的性能。分析表明采用該半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的上下行鏈路數(shù)據(jù)能夠被準(zhǔn)確檢測(cè)。特別地,論文對(duì)采用該半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在極限信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)情況的漸近性能進(jìn)行了分析,從理論上證明在信噪比較高和較低兩種情況下,論文提出的半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)能夠使系統(tǒng)獲得比采用傳統(tǒng)正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)時(shí)更好的性能。仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。最后,論文從導(dǎo)頻功率角度出發(fā)研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)問(wèn)題,分析討論了使用最大比合并(Maximum Ratio Combining, MRC)和迫零(Zero-Forcing, ZF)兩種接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路傳輸過(guò)程中導(dǎo)頻功率和數(shù)據(jù)功率以及導(dǎo)頻長(zhǎng)度的優(yōu)化分配。論文介紹了基于MRC接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻功率分配問(wèn)題,并開(kāi)展討論和仿真研究。此外,論文推導(dǎo)了基于ZF接收機(jī)的系統(tǒng)總頻譜效率下界,研究了基于ZF接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻功率和導(dǎo)頻長(zhǎng)度分配問(wèn)題,得出最佳的導(dǎo)頻長(zhǎng)度等于用戶(hù)數(shù)的結(jié)論。仿真結(jié)果表明論文提出的導(dǎo)頻功率分配方案可以有效提高系統(tǒng)性能,當(dāng)平均發(fā)射功率較低時(shí),需要把更多的功率用來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻,而當(dāng)平均發(fā)射功率較高時(shí),則需要把更多的功率用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：大規(guī)模MIMO 信道狀態(tài)信息 導(dǎo)頻設(shè)計(jì) 信道估計(jì) 半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)
【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(lèi)號(hào)】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 本論文專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)的注釋表12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 論文的研究背景13
• 1.2 傳統(tǒng)MIMO技術(shù)13-15
• 1.3 大規(guī)模MIMO技術(shù)15-16
• 1.4 碩士期間所做工作及本論文內(nèi)容安排16-19
• 第二章 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)簡(jiǎn)介19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 系統(tǒng)模型19-21
• 2.2.1 TDD通信方式20
• 2.2.2 信道模型20-21
• 2.3 傳輸過(guò)程21-27
• 2.3.1 LS信道估計(jì)和MMSE信道估計(jì)21-23
• 2.3.2 上行鏈路導(dǎo)頻傳輸和信道估計(jì)23-24
• 2.3.3 上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸24-26
• 2.3.4 下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸26-27
• 2.4 性能仿真27-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第三章 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 系統(tǒng)模型31-33
• 3.2.1 上行鏈路導(dǎo)頻傳輸和信道估計(jì)32
• 3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模型32-33
• 3.3 基于MF預(yù)編碼的系統(tǒng)頻譜效率33-35
• 3.4 基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度35-37
• 3.5 仿真結(jié)果37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第四章 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)41-65
• 4.1 引言41
• 4.2 半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)及SIC輔助的信道估計(jì)技術(shù)41-49
• 4.2.1 首個(gè)相干時(shí)間內(nèi)傳輸過(guò)程分析43-46
• 4.2.2 后續(xù)相干時(shí)間內(nèi)傳輸過(guò)程分析46-49
• 4.3 性能分析49-54
• 4.3.1 下行鏈路分析49-50
• 4.3.2 上行鏈路分析50-52
• 4.3.3 性能評(píng)估52-54
• 4.4 漸近性能分析54-57
• 4.4.1 高信噪比下性能分析54-56
• 4.4.2 低信噪比下性能分析56-57
• 4.5 仿真結(jié)果57-63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 第五章 大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中上行鏈路導(dǎo)頻功率分配65-81
• 5.1 引言65-66
• 5.2 系統(tǒng)模型66-68
• 5.2.1 行鏈路導(dǎo)頻傳輸和信道估計(jì)66-67
• 5.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模型67-68
• 5.3 基于MRC和ZF接收機(jī)的總頻譜效率68-71
• 5.3.1 MRC接收機(jī)下頻譜效率68-70
• 5.3.2 ZF接收機(jī)下頻譜效率70-71
• 5.4 導(dǎo)頻功率和導(dǎo)頻長(zhǎng)度分配方案設(shè)計(jì)71-73
• 5.4.1 導(dǎo)頻序列長(zhǎng)度的分配問(wèn)題72
• 5.4.2 導(dǎo)頻功率的分配問(wèn)題72-73
• 5.5 仿真結(jié)果73-80
• 5.5.1 系統(tǒng)頻譜效率分析73
• 5.5.2 兩種接收機(jī)下導(dǎo)頻功率分配性能仿真73-80
• 5.6 本章小結(jié)80-81
• 第六章 全文總結(jié)與展望81-83
• 6.1 論文工作總結(jié)81-82
• 6.2 進(jìn)一步研究方向82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-89
• 碩士期間發(fā)表論文和研究成果89

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