本文關鍵詞：Massive MIMO預編碼技術研究與性能評估

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【摘要】：大規(guī)模多天線(Massive MIMO)技術是面向未來5G移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。該技術通過在基站端部署數(shù)十甚至上百的天線形成天線陣列,同時向多個用戶發(fā)送數(shù)據(jù),實現(xiàn)了在系統(tǒng)容量和頻譜利用率方面性能的提高。然而,由于該系統(tǒng)在相同的時間和頻率資源傳輸大量的數(shù)據(jù)流,Massive MIMO系統(tǒng)是一個嚴重的自擾系統(tǒng)。因此,為了提高系統(tǒng)的可靠性,采用一定的信號處理技術來抑制干擾是必然的途徑。此外,鑒于Massive MIMO系統(tǒng)的天線陣列規(guī)模和用戶終端對信號處理能力的局限性,在下行鏈路的接收端的用戶檢測技術在該系統(tǒng)中并不可行,因此,預編碼技術成為了Massive MIMO系統(tǒng)下行鏈路的主要干擾抑制技術。本論文以此為背景,重點研究多用戶Massive MIMO系統(tǒng)下行鏈路的非線性預編碼技術。論文主要研究及貢獻如下：首先,本文以基于迫零準則、最小均方誤差準則的線性預編碼和擾動矢量非線性預編碼為例,分析了在發(fā)射端能夠獲得理想信道狀態(tài)信息條件下的預編碼技術。其次,本文在發(fā)射端獲得非理想信道狀態(tài)信息條件下,設計出了一種矢量預編碼方案。在該方案中,本文假設發(fā)射端能夠獲得信道誤差矩陣的二階統(tǒng)計信息,建立非理想信道信息模型。在該模型基礎上,運用信道幾何均值分解方法對信道估計矩陣進行分解,分別推導出在迫零準則和最小均方誤差準則下的預編碼矩陣和功率控制因子,并對現(xiàn)有擾動矢量搜索算法進行改進,實現(xiàn)了復數(shù)域的低復雜度下降矢量搜索算法,從而實現(xiàn)了在發(fā)射端未獲得理想信道狀態(tài)信息的條件下的魯棒矢量預編碼方案。仿真結果顯示,在不相關的高斯信道條件下,該方案表現(xiàn)出了良好的誤比特率性能和收斂性,并且隨著發(fā)射天線個數(shù)和用戶數(shù)增大,該預編碼方案獲得了更優(yōu)的誤比特率性能。最后,結合LTE下行物理層關鍵技術,如CRC校驗、碼塊分割、Turbo編譯碼、速率匹配、碼塊級聯(lián)、加擾、調制解調以及MIMO-OFDM實現(xiàn)等模塊,本文搭建了LTE鏈路層仿真平臺,在實現(xiàn)LTE鏈路層從發(fā)射到接收整個基帶信號處理過程的同時,對比了基于碼本的預編碼與本文提出的預編碼方案在LTE系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)。仿真結果表明,在同樣的環(huán)境和仿真參數(shù)下,本文提出的預編碼方案較基于碼本的預編碼方案獲得了更低的誤塊率,實現(xiàn)了系統(tǒng)性能的提高。
【關鍵詞】：Massive MIMO 多用戶 預編碼技術 鏈路層
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 MIMO技術概述11-14
• 1.1.1 MIMO技術發(fā)展歷程11-12
• 1.1.2 Massive MIMO技術的優(yōu)點12-13
• 1.1.3 Massive MIMO遇到的挑戰(zhàn)13-14
• 1.2 MIMO系統(tǒng)中的預編碼技術及其研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中的預編碼技術15-17
• 1.2.2 Massive MIMO系統(tǒng)中的預編碼技術17-18
• 1.3 論文工作及結構安排18-19
• 2 MASSIVE MIMO系統(tǒng)模型19-26
• 2.1 無線信道衰落特性及統(tǒng)計衰落模型19-21
• 2.1.1 無線信道衰落特性19-20
• 2.1.2 無線信道統(tǒng)計衰落模型20-21
• 2.2 MU-MIMO系統(tǒng)模型21-24
• 2.3 信道狀態(tài)信息24-25
• 2.3.1 信道狀態(tài)信息的獲取方法24
• 2.3.2 信道狀態(tài)信息的分類24-25
• 2.4 本章小結25-26
• 3 單小區(qū)場景MASSIVE MIMO系統(tǒng)預編碼技術26-41
• 3.1 傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)預編碼技術26-30
• 3.1.1 基于迫零準則的線性預編碼方案27-28
• 3.1.2 基于最小化均方誤差準則的預編碼方案28-29
• 3.1.3 矢量擾動(VP)非線性預編碼方案29-30
• 3.2 基于信道幾何均值分解的擾動矢量預編碼30-36
• 3.2.1 對信道估計矩陣的幾何均值分解(GMD)31-32
• 3.2.2 基于最小均方誤差準則的分析32-34
• 3.2.3 基于迫零準則的分析34
• 3.2.4 擾動向量求解34-36
• 3.3 仿真結果36-40
• 3.4 本章小結40-41
• 4 LTE下行鏈路級仿真平臺的搭建及實現(xiàn)41-62
• 4.1 MIMO信道建模41-43
• 4.2 LTE下行鏈路級仿真流程43-55
• 4.2.1 原始數(shù)據(jù)流處理44-47
• 4.2.2 信道編碼和譯碼47-50
• 4.2.3 速率匹配和碼塊級聯(lián)50-53
• 4.2.4 加擾和信號調制解調53-54
• 4.2.5 OFDM調制和解調54-55
• 4.3 MIMO模塊的實現(xiàn)55-58
• 4.3.1 層映射模塊55-57
• 4.3.2 多用戶預編碼技術實現(xiàn)57-58
• 4.4 仿真結果58-60
• 4.5 本章小結60-62
• 5 結論62-64
• 5.1 本文總結62-63
• 5.2 不足與展望63-64
• 參考文獻64-68
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果68-70
• 學位論文數(shù)據(jù)集70

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