本文關鍵詞：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導頻設計和信道估計技術研究

  更多相關文章： 大規(guī)模MIMO 信道狀態(tài)信息 導頻設計 信道估計 半正交導頻設計

【摘要】：隨著現(xiàn)代信息社會數(shù)據(jù)、視頻等高質(zhì)量的多媒體業(yè)務的蓬勃發(fā)展,移動通信系統(tǒng)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。為了滿足這些需求,在無線頻譜資源日趨緊張、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)點而受到廣泛關注。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前上下行鏈路的信道狀態(tài)信息(Channel State Information, CSI)。實際無線通信系統(tǒng)常用基于導頻的信道估計技術來準確及時獲取CSI。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)基站端天線數(shù)達數(shù)十甚至數(shù)百以上,導頻污染、導頻資源消耗以及導頻功率等問題限制了系統(tǒng)性能進一步提升。本論文針對上述問題展開大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導頻設計和信道估計技術的研究。本論文首先簡要介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型以及導頻污染問題,詳細闡述了上行鏈路導頻傳輸以及上下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸過程,說明了當基站天線數(shù)趨于無窮大時,大規(guī)模MIMO系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸信干比(Signal-to-Interference Ratio, SIR)主要受導頻污染的影響。然后,論文針對基于相干時間的導頻調(diào)度開展研究和仿真分析。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的各用戶通常具有不同的移動速度,對應的信道相干時間不同,因此需要發(fā)送導頻的間隔不同。根據(jù)該特點將小區(qū)分組,提出一種基于相干時間的導頻調(diào)度方案。仿真結(jié)果顯示該導頻調(diào)度方法可以有效降低導頻污染,提高整體用戶的可達速率。其次,論文重點研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導頻資源消耗問題。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)輔助的信道估計方法,提出一種半正交導頻設計,并從理論和仿真兩個方面分別比較了采用半正交導頻設計與傳統(tǒng)正交導頻設計的系統(tǒng)的性能。分析表明采用該半正交導頻設計的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的上下行鏈路數(shù)據(jù)能夠被準確檢測。特別地,論文對采用該半正交導頻設計的系統(tǒng)在極限信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)情況的漸近性能進行了分析,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頻設計能夠使系統(tǒng)獲得比采用傳統(tǒng)正交導頻設計時更好的性能。仿真結(jié)果進一步驗證了這一結(jié)論。最后,論文從導頻功率角度出發(fā)研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導頻設計問題,分析討論了使用最大比合并(Maximum Ratio Combining, MRC)和迫零(Zero-Forcing, ZF)兩種接收機的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路傳輸過程中導頻功率和數(shù)據(jù)功率以及導頻長度的優(yōu)化分配。論文介紹了基于MRC接收機的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導頻功率分配問題,并開展討論和仿真研究。此外,論文推導了基于ZF接收機的系統(tǒng)總頻譜效率下界,研究了基于ZF接收機的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導頻功率和導頻長度分配問題,得出最佳的導頻長度等于用戶數(shù)的結(jié)論。仿真結(jié)果表明論文提出的導頻功率分配方案可以有效提高系統(tǒng)性能,當平均發(fā)射功率較低時,需要把更多的功率用來發(fā)送導頻,而當平均發(fā)射功率較高時,則需要把更多的功率用來發(fā)送數(shù)據(jù)。
【關鍵詞】：大規(guī)模MIMO 信道狀態(tài)信息 導頻設計 信道估計 半正交導頻設計
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 本論文專用術語的注釋表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13-15
• 1.3 大規(guī)模MIMO技術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 傳輸過程21-27
• 2.3.1 LS信道估計和MMSE信道估計21-23
• 2.3.2 上行鏈路導頻傳輸和信道估計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)中基于相干時間的導頻調(diào)度31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 系統(tǒng)模型31-33
• 3.2.1 上行鏈路導頻傳輸和信道估計32
• 3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模型32-33
• 3.3 基于MF預編碼的系統(tǒng)頻譜效率33-35
• 3.4 基于相干時間的導頻調(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)的半正交導頻設計41-65
• 4.1 引言41
• 4.2 半正交導頻設計及SIC輔助的信道估計技術41-49
• 4.2.1 首個相干時間內(nèi)傳輸過程分析43-46
• 4.2.2 后續(xù)相干時間內(nèi)傳輸過程分析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 行鏈路導頻傳輸和信道估計66-67
• 5.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模型67-68
• 5.3 基于MRC和ZF接收機的總頻譜效率68-71
• 5.3.1 MRC接收機下頻譜效率68-70
• 5.3.2 ZF接收機下頻譜效率70-71
• 5.4 導頻功率和導頻長度分配方案設計71-73
• 5.4.1 導頻序列長度的分配問題72
• 5.4.2 導頻功率的分配問題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 兩種接收機下導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 進一步研究方向82-83
• 參考文獻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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