發(fā)布時(shí)間：2020-06-11 20:24

【摘要】：因?yàn)榇笠?guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO)的諸多優(yōu)點(diǎn),使得大規(guī)模MIMO成為非常引人注目的無(wú)線技術(shù),也是第五代(5G)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。大規(guī)模MIMO提供的能效和可擴(kuò)展性可以滿足5G的需求,并且在實(shí)際實(shí)施中變得更加成熟。第四代(4G)長(zhǎng)期演進(jìn)先進(jìn)(LTEadvance)系統(tǒng)旨在為移動(dòng)速度在0-15 km h范圍內(nèi)的用戶提供最優(yōu)的服務(wù),為移動(dòng)速度在15-120 km h的用戶提供較高質(zhì)量的服務(wù),當(dāng)速度在120-350 km h時(shí)僅能滿足基本的功能。主要針對(duì)低或中等移動(dòng)性的用戶開(kāi)發(fā)的現(xiàn)有技術(shù)不能應(yīng)用于速度高達(dá)500km h或更高的高移動(dòng)性場(chǎng)景以滿足用戶的需求,因?yàn)闊o(wú)線終端的快速移動(dòng)將嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能并且可能導(dǎo)致系統(tǒng)不起作用。本文主要探究在高移動(dòng)性環(huán)境中,大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多普勒頻移引入的載波頻率偏移(CFO)會(huì)嚴(yán)重降低系統(tǒng)性能。在用于CFO和信道估計(jì)的傳統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)中使用的正交導(dǎo)頻序列隨著用戶數(shù)量的增加而引起較大的導(dǎo)頻資源消耗,導(dǎo)致可實(shí)現(xiàn)吞吐量較低。于是本文提出CFO和具有半正交導(dǎo)頻序列的上行鏈路信道估計(jì)方案,該方案致力于提高多用戶大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)的吞吐量。具有半正交導(dǎo)頻序列幀結(jié)構(gòu)是由實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和導(dǎo)頻序列組成。在所提出的方案中,采用連續(xù)干擾消除(SIC)來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和導(dǎo)頻序列。從仿真結(jié)果分析可以得出,在高移動(dòng)性環(huán)境中,與使用正交導(dǎo)頻序列的傳統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)方案相比,本文提出的半正交導(dǎo)頻序列估計(jì)方案可以提高吞吐量。
【圖文】：

圖 2.1 大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)基站中部分天線配置和部署方案空分復(fù)用是大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)發(fā)展的基石，基站中上行鏈路和下行鏈路的通信質(zhì)量通常由空分復(fù)用的復(fù)用效果決定，所以基站性能是大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)發(fā)展的決定性因素。從以往研究中可以得出的結(jié)論是在上行鏈路中，終端根據(jù)基站獲取的導(dǎo)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)彼此的通信，當(dāng)然這種通過(guò)終端來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻的方式的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，實(shí)現(xiàn)起來(lái)還算簡(jiǎn)單。比較有挑戰(zhàn)性的是在下行鏈路的 4G 系統(tǒng)中，我們的基站是利用傳統(tǒng)的 MIMO 技術(shù)來(lái)發(fā)送導(dǎo)頻。自治的用戶終端接收到基站發(fā)出的導(dǎo)頻，并對(duì)該導(dǎo)頻進(jìn)行信道響應(yīng)估計(jì)和量化，并將結(jié)果反饋到基站中，下行鏈路就是通過(guò)同樣的方式處理接收到的導(dǎo)頻信號(hào)。在傳統(tǒng)的 LTE 系統(tǒng)中實(shí)施的方案在大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)中實(shí)施卻存在巨大的困難。首先我們需要面對(duì)的挑戰(zhàn)是獲得理想的下行鏈路導(dǎo)頻，而這下行鏈路的理想導(dǎo)頻需在天線間是正交的。這種天線間的正交表明天線數(shù)量是根據(jù)下行鏈路所需要的時(shí)頻資源變化，而我們提出的大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)中天線數(shù)量是用戶終端的十倍之多，這就意味著這比傳統(tǒng)方案的使用更多的資源。其次面對(duì)的挑戰(zhàn)是天線數(shù)量的激增會(huì)使得終端估計(jì)的信道響應(yīng)也會(huì)激增，這意味著終端要做很多無(wú)效的操作，反而降低通信

2.1.2 大規(guī)模 MIMO 技術(shù)的發(fā)展前景雖然大規(guī)模 MIMO 技術(shù)依賴于相干相位，但是可以通過(guò)復(fù)雜度較低的方式處理所有基站的天線的信號(hào)。 大規(guī)模 MU-MIMO 系統(tǒng)的具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）大規(guī)模 MIMO 與傳統(tǒng)的 MIMO 相比，容量提升十倍以上，并且輻射的能源效高的更多，大約是傳統(tǒng) MIMO 的百倍之多，這種提升是依賴于大規(guī)模 MIMO 中空分復(fù)用中，，使得能量效率顯著提高的方案是在大量天線的情況下發(fā)送的能量可以非常清晰地聚圖 2.2 中的小區(qū)域。 基礎(chǔ)物理學(xué)中表明：波在傳輸過(guò)程中是持續(xù)疊加的。適當(dāng)對(duì)天線發(fā)信號(hào)波形進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，基站可以確保終端在收到信號(hào)之前，基站天線所發(fā)出的信號(hào)過(guò)可控的干擾處理過(guò)的信號(hào)。我們可以通過(guò)迫零（ZF）接收機(jī)來(lái)處理由于隨機(jī)噪聲引起題，抑制各終端信號(hào)之間的干擾。當(dāng)然，這樣的代價(jià)是可能需要更大的傳輸功率，如圖示。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TN929.5

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本文編號(hào)：2708408