Cell-Free 大規(guī)模 MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output,Massive MIMO)通過部署成百上千個無線接入點(Access Points,APs),采用時分雙工(Time Division Duplexing,TDD)操作模式,利用同一時頻資源服務于所有用戶(User Equipment,UE),并連接中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)進行上下行用戶傳輸和信號處理,具有覆蓋范圍廣,服務質量均衡、部署靈活等優(yōu)點,消除了傳統(tǒng)蜂窩網絡的小區(qū)邊界,可顯著提高系統(tǒng)總頻譜效率(Spectral Efficiency,SE)和能量效率(Energy Efficiency,EE)。但是,Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在實際部署中仍然存在諸多挑戰(zhàn),例如采用低精度射頻鏈路造成的硬件損傷(Hardware Impairments)、用戶移動帶來的信道老化(Channel Aging)以及如何通過功率優(yōu)化提高系統(tǒng)性能等問題亟待解決。基于此,本論文針對上述三個問題展開理論研究和仿真驗證,具體而言:第一,針對Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中射頻鏈路成本問題,提出基于硬件損傷的系統(tǒng)架構,利用大數定律推導出準確的上下行鏈路的SE和EE閉式表達式,提出上下行鏈路的硬件縮放規(guī)律(Hardware Scaling Law),并揭示硬件損傷對系統(tǒng)上下行鏈路性能的影響。仿真結果證明了理論分析的正確性,并指出在保證系統(tǒng)性能的前提下,可以采用低精度射頻鏈路以降低系統(tǒng)成本。第二,針對基于硬件損傷的Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的功率優(yōu)化問題,建立以最大化最小用戶SE為目標的功率優(yōu)化模型,并利用凸優(yōu)化理論和二分法進行求解,得到了最大最小功率優(yōu)化算法。仿真結果表明,在系統(tǒng)收發(fā)端處存在硬件損傷的情況下,接入點數和用戶數分別為M=100,K=10,使用本論文提出的功率優(yōu)化算法后的系統(tǒng)總SE較使用平均功率分配的系統(tǒng)總SE整體提高了 20.1%。第三,針對用戶中高速移動場景,建立了基于信道老化的Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型,分別推導出準確的上行鏈路SE和EE閉合表達式,并提出信道老化環(huán)境下的功率尺度規(guī)律(Power Scaling Law)。仿真結果證明,在信道老化環(huán)境中利用功率尺度規(guī)律可以在滿足系統(tǒng)性能的同時降低系統(tǒng)功耗。綜上所述,木論文揭示了接入點數量、用戶數量、硬件損傷、功率優(yōu)化以及信道老化等關鍵因素對Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)性能的影響。研究表明,Cell-Free大規(guī)模MIMO系統(tǒng)能夠以較低的成本和功耗,達到較優(yōu)的性能,并有效對抗信道老化效應,魯棒性較強,有望成為未來移動通信網絡的候選傳輸技術之一。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN919.3;TN929.5

【參考文獻】

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1 孔德瑩;大規(guī)模TDD-MIMO通信系統(tǒng)中信道狀態(tài)信息獲取研究[D];華中科技大學;2016年

本文編號：2816016