【摘要】：大規(guī)模MIMO作為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一,因其具有較高的頻譜效率和能量效率而受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中,信道狀態(tài)信息(CSI)的準(zhǔn)確獲取對(duì)于分析系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵的作用,而由于用戶與基站(BS)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及BS處理信息的延遲產(chǎn)生的信道老化(channel aging),使得通過(guò)導(dǎo)頻估計(jì)出來(lái)的信道和用于波束成形或者檢測(cè)的信道不一樣,對(duì)系統(tǒng)的性能造成了損害。因此,研究信道老化現(xiàn)象對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的影響非常必要。本文的選題來(lái)源于導(dǎo)師承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61372126)。在之前關(guān)于信道老化的研究當(dāng)中,采用MRT預(yù)編碼技術(shù),推導(dǎo)出了單小區(qū)下行鏈路大規(guī)模MIMO系統(tǒng)可達(dá)速率的表達(dá)式,直觀地展示出了系統(tǒng)可達(dá)速率和信道老化系數(shù)之間的關(guān)系�；诖�,本文將采用ZF預(yù)編碼技術(shù)來(lái)對(duì)單小區(qū)下行鏈路大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。首先,本文利用ZF預(yù)編碼技術(shù),推導(dǎo)出了在信道老化環(huán)境下,系統(tǒng)可達(dá)速率和信道老化系數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式,并證明了在信道老化環(huán)境下,功率尺度定律仍然適用,即系統(tǒng)的發(fā)送功率至多可以減小為單天線系統(tǒng)發(fā)送功率的1/M(M為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的天線數(shù))而保持同樣的系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果驗(yàn)證了推導(dǎo)過(guò)程的正確性。其次,采用典型的功率消耗模型,將總的電路功率消耗表征為與BS天線數(shù)M和用戶數(shù)K有關(guān)的函數(shù),當(dāng)系統(tǒng)存在信道老化效應(yīng)時(shí),分別利用MRT預(yù)編碼技術(shù)和ZF預(yù)編碼技術(shù),推導(dǎo)出了系統(tǒng)能量效率和信道老化系數(shù)之間的關(guān)系式。仿真結(jié)果表明,信道老化的存在會(huì)減小大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的能量效率。最后,為了對(duì)抗信道老化這一現(xiàn)象,本文采用FIR維納線性模型來(lái)預(yù)測(cè)信道,求出在該預(yù)測(cè)模型下的信道系數(shù),利用MRT預(yù)編碼技術(shù)和ZF預(yù)編碼技術(shù),對(duì)系統(tǒng)的可達(dá)速率和能量效率進(jìn)行了推導(dǎo)分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了信道預(yù)測(cè)模型可以削弱信道老化效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
[Abstract]:As one of the key technologies of 5G, large-scale MIMO has attracted much attention from academia and industry because of its high spectral efficiency and energy efficiency. In large-scale MIMO systems, the accurate acquisition of channel state information (CSI) plays a key role in analyzing the performance of the system. However, due to the relative motion between the user and the base station (BS) and the delay in processing information of the BS, the channel aging (channel aging), makes the channel estimated by pilot different from the channel used for beamforming or detection. Damage to the performance of the system. Therefore, it is necessary to study the effect of channel aging on large-scale MIMO systems. The topic of this paper comes from the project of National Natural Science Foundation (61372126) undertaken by the tutor. In previous studies on channel aging, the expression of reachability rate for large-scale single-cell downlink MIMO system was derived by using MRT precoding technique, and the relationship between system reachability rate and channel aging coefficient was directly demonstrated. Based on this, ZF precoding is used to analyze the performance of single cell downlink large-scale MIMO system. Firstly, by using ZF precoding technology, the relationship between the system reachability rate and the channel aging coefficient in the channel aging environment is derived, and it is proved that the power scaling law is still applicable in the channel aging environment, and the relationship between the system reachability rate and the channel aging coefficient is derived in this paper. That is to say, the transmission power of the system can be reduced to at most 1 M of the transmission power of a single antenna system (M is the number of antennas of a large-scale MIMO system), while maintaining the same system performance. The simulation results verify the correctness of the derivation process. Secondly, using a typical power consumption model, the total power consumption of the circuit is characterized as a function related to the number of BS antennas M and the number of users K. When the channel aging effect exists in the system, the MRT precoding technology and the ZF precoding technique are used respectively. The relationship between system energy efficiency and channel aging coefficient is derived. Simulation results show that the existence of channel aging will reduce the energy efficiency of large-scale MIMO systems. Finally, in order to combat the phenomenon of channel aging, the FIR Wiener linear model is used to predict the channel, and the channel coefficients under the prediction model are calculated. The MRT precoding technique and the ZF precoding technique are used to predict the channel coefficients. The reachability rate and energy efficiency of the system are deduced and analyzed. Simulation results show that the channel prediction model can weaken the effect of channel aging on system performance.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN919.3

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