【摘要】：21世紀(jì)是流量大爆發(fā)的時(shí)代,如今的通信速率和傳輸帶寬已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求,面對新的挑戰(zhàn),5G應(yīng)運(yùn)而生。5G的夢想是讓整個(gè)世界在信息傳輸上互通有無,實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與機(jī)器之間、機(jī)器與機(jī)器之間在世界上任何地方,任何時(shí)間都能快速通信。大規(guī)模MIMO技術(shù)和毫米波技術(shù)是5G的兩大關(guān)鍵技術(shù),毫米波技術(shù)解決低頻資源稀缺問題,提供連續(xù)大帶寬,大規(guī)模MIMO技術(shù)通過增加輸入輸出天線大大提高通信系統(tǒng)頻譜效率,同時(shí)5G引入了增強(qiáng)移動(dòng)帶寬場景、大規(guī)模機(jī)器類型通信、超高可靠和低延遲通信三大應(yīng)用場景。本文主要研究面向3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模MIMO技術(shù)方案,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級仿真平臺(tái),對波束賦形方案、信道建模方案以及功率控制算法在多種仿真假設(shè)下進(jìn)行系統(tǒng)性能評估,得出相關(guān)結(jié)論。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)如下所示:1.本課題研究分析了大規(guī)模天線陣列下的3D MIMO模型以及毫米波信道特點(diǎn),對大規(guī)模MIMO信道進(jìn)行分析建模,設(shè)計(jì)信道建模方案時(shí)提出了基于空間換時(shí)間思想和惰性求值思想的兩種算法方案,通過對比分析,基于惰性求值思想的算法方案在不增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下可以大大降低計(jì)算的內(nèi)存損耗。此外,與3GPP其它組織成員一起參與了 5G NR校準(zhǔn)的前兩階段工作,仿真評估系統(tǒng)參數(shù)對性能的影響。信道構(gòu)建過程中,對3GPP提到的兩種信道模型ModelA和ModelB進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明載波頻率在低頻條件下兩種信道模型的性能基本一致。2.本課題在面向3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)化的大規(guī)模天線技術(shù)解決方案中,基于常見的波束掃描方案,提出了改進(jìn)的混合波束賦形算法,改進(jìn)方案區(qū)別于一級碼本波束掃描方案,利用寬波束粗略掃描,窄波束搜索建立兩級碼本,寬波束粗略掃描可以降低時(shí)間復(fù)雜度,增大窄波束搜索分別率可以提高波束的精確程度來提高系統(tǒng)增益。此外,通過仿真平臺(tái)評估該方案在不同用戶數(shù)目、不同負(fù)載下的小區(qū)用戶速率、吞吐量及頻譜效率等性能,同時(shí)針對大規(guī)模MIMO下的5G應(yīng)用場景分析了基站站間距、頻點(diǎn)、天線波束形狀以及通道數(shù)目等因素的影響,通過仿真結(jié)果給出合理的參考意見。3.論文研究分析了大規(guī)模MIMO下的上行功率控制算法,傳統(tǒng)方案主要考慮了路徑損耗的影響,本文基于傳統(tǒng)方案提出了一種基于耦合路徑損耗的改進(jìn)算法,利用信道互易性的特點(diǎn),考慮大尺度因素、小尺度因素及天線增益等多種影響計(jì)算來計(jì)算上行發(fā)送功率。通過方案對比,驗(yàn)證了改進(jìn)方案的優(yōu)勢,同時(shí)設(shè)計(jì)合理的資源調(diào)度分配方案評估大規(guī)模MIMO下的應(yīng)用場景,仿真結(jié)果表明功率控制參數(shù)對仿真測試場景的SINR分布具有顯著影響,合理的功率控制參數(shù)組合能夠提供平衡的小區(qū)邊緣性能和平均性能。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

使用廣義上的術(shù)語時(shí)，經(jīng)常將ＭＩＳＯ和ＳＩＭＯ系統(tǒng)稱為特定類型的ＭＩＭＯ配置；逡逑僅具有單個(gè)發(fā)射天線和單個(gè)接收天線的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)被稱為單輸入單輸出逡逑（Ｓｉｎｇｌｅ邋Ｉｎｐｕｔ邋Ｓｉｎｇｌｅ邋Ｏｕｔｐｕｔ，邋ＳＩＳＯ）通信系統(tǒng)［２３］。圖２－１說明了本書中使用的四逡逑種類型的天線配置和命名法，具有ｉＶ，根發(fā)射天線和根接收天線的ＭＩＭＯ系逡逑統(tǒng)被稱為ＭＩＭＯ系統(tǒng)，信息流傳輸經(jīng)過編碼處理，形成ｉＶ，個(gè)字信息流，逡逑經(jīng)過７Ｖ，個(gè)天線發(fā)送，經(jīng)過信道后由ｉＶ，．個(gè)接收天線接收，例如４Ｘ２ＭＩＭＯ系統(tǒng)意逡逑味著存在四根發(fā)射天線和兩根接收天線。逡逑邐Ｔ邋Ｔ邋邐邋邐ｌ＿Ｔ邋Ｖ邋邐逡逑Ｔｘ邋邐邋邐邐邋Ｒｘ邐Ｔｘ邋：邋ｙ邋１邐邋Ｒｘ逡逑（１）邋ＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｉｎｐｕｔ邋Ｓｉｎｇｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）邐（２）邋ＭＩＳＯ（Ｍｕｉｔｉｐｉｅ－ｉｎｐｕｔ邋Ｓｉｉｉｇｌｅ－Ｏｕｌｐｕｔ）逡逑邐Ｙ邋Ｔ邋，邐邋邐，邋Ｔ邋Ｔ邋，邐逡逑Ｔｘ邋邐邋ｙ邋？＂邋Ｒｘ邐Ｔｘ邋：邋ｙ邋了；邋Ｒｘ逡逑（３）邋ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｉｎｐ？ｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）邐（４）邋ＭＩＭＯ0＾４ｕｌｔｉｐ］ｅ－Ｉｎｐｕｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）逡逑圖２－１天線配置及命名方式逡逑ＭＩＭＯ研宄發(fā)展經(jīng)過了從單用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)到多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，再到多逡逑小區(qū)ＭＩＭＯ系統(tǒng)的歷程Ｍ。單用戶ＭＩＭＯ典型技術(shù)主要有兩種，一種是為了獲逡逑取高頻譜效率的空分復(fù)用系統(tǒng)

邐Ｓ匕ａｃｅ邋ｊｉｍｅ逡逑ｄｅｃｏｄｅｒ逡逑圖２－２空間分集ＭＩＭＯ系統(tǒng)逡逑空間分集ＭＩＭＯ系統(tǒng)如圖２－２所示，在經(jīng)歷某種形式的空時(shí)編碼（ＳＴＣ，逡逑ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ邋ｃｏｄｉｎｇ）之前，通常使用傳統(tǒng)的糾錯(cuò)編碼和調(diào)制技術(shù)對信息比特進(jìn)行逡逑編碼和調(diào)制。在接收器處，執(zhí)行空時(shí)解碼，然后進(jìn)行解調(diào)和錯(cuò)誤解碼。逡逑邐邋￣￣邐Ｊ——ｎ邐逡逑Ｉｎｆｏ邋ｂｉｔｓ邐＊■邋Ｍｏｄ逡逑邐Ｅｎｃｏｄｅｒ邋邐＾邋Ｓ／Ｐ邋？邐－邐？逡逑：邐：邋ｙ．逡逑ｚ逡逑邐邋＿＿邐邐邋ｓａ邋邐邋Ｔ逡逑Ｄｅｃｏｄｅｄ邐，——Ｄｅｍｏｎｄ邋＊邐邋」逡逑ｂｉｔｓ邐ＳＭ逡逑—邐Ｄｅｃｏｄｅｒ邋（邋叫邋Ｐ／Ｓ邋：邐：邐ｄｅｃｏｄｅｒ邋Ｖ邋▲逡逑邐ＳＮｔ逡逑圖２－３空間復(fù)用ＭＩＭＯ系統(tǒng)逡逑空間復(fù)用ＭＩＭＯ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２－３所示，信息錯(cuò)誤編碼比特通過串并轉(zhuǎn)換逡逑器，各個(gè)輸出流通過單獨(dú)的天線進(jìn)行調(diào)制。在接收器處，每個(gè)天線接收由來自所逡逑有發(fā)射天線的信號之和組成的信號；因此，有必要在解調(diào)它們之前剝離每個(gè)發(fā)送逡逑８逡逑

術(shù)ｍｐ２］或分布式系統(tǒng)［３３］等技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)性能。逡逑在發(fā)射器和接收器上配備多根天線并通過不同角度方向等方式發(fā)送信號多逡逑個(gè)副本來獲取增益的方式稱之為口空間分集技術(shù)；以提高系統(tǒng)容量為目的，在不逡逑同發(fā)送天線上發(fā)送多種獨(dú)立的子數(shù)據(jù)流方式稱為空間復(fù)用技術(shù)［３４１。逡逑Ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ逡逑一＊．邐ｅｎｃｏｄｅｒ逡逑？邋邐邋—邋１邋．邋１逡逑Ｉｎｆｏ邋ｂｉｔｓ邐＊■邋Ｍｏｄ逡逑邐？邋Ｅｎｃ0ｕ６ｒ邋邐？邋Ｓ／Ｐ邋？邐？邐一一？？逡逑：邐：邐ｊ，，逡逑邐邋邐邐＊？邋Ｍｏｄ邋邐逡逑Ｄｅｃｏｄｅｄ逡逑（邐－邋Ｄｅｃｏｄｅｒ邋４邐Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ邋－邐Ｓ匕ａｃｅ邋ｊｉｍｅ逡逑ｄｅｃｏｄｅｒ逡逑圖２－２空間分集ＭＩＭＯ系統(tǒng)逡逑空間分集ＭＩＭＯ系統(tǒng)如圖２－２所示，在經(jīng)歷某種形式的空時(shí)編碼（ＳＴＣ，逡逑ｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅ邋ｃｏｄｉｎｇ）之前，通常使用傳統(tǒng)的糾錯(cuò)編碼和調(diào)制技術(shù)對信息比特進(jìn)行逡逑編碼和調(diào)制。在接收器處，執(zhí)行空時(shí)解碼，然后進(jìn)行解調(diào)和錯(cuò)誤解碼。逡逑邐邋￣￣——

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本文編號：2773969