本文關(guān)鍵詞：未來(lái)MIMO技術(shù)的性能分析和預(yù)編碼研究

  更多相關(guān)文章： 大規(guī)模多輸入多輸出 中繼 性能分析 中斷概率

【摘要】：多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)已經(jīng)成為第四代(Fourth Generation,4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一；MIMO天線的大規(guī)�；彩俏磥�(lái)第五代(Fifth Generation,5G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵候選技術(shù)。大規(guī)模多用戶MIMO (Multiuser MIMO, MU-MIMO)系統(tǒng)通過(guò)使用遠(yuǎn)大于用戶終端(User Terminal, UT)個(gè)數(shù)的基站天線,能夠有效減少信道變化和用戶間干擾等不利因素的影響,從而顯著提高吞吐量、頻譜效率和能效。將大規(guī)模MU-MIMO和中繼技術(shù)相結(jié)合,能夠同時(shí)獲得中繼和大規(guī)模天線帶來(lái)的好處。分析和評(píng)估大規(guī)模天線中繼系統(tǒng)的理論性能,是進(jìn)行其他相關(guān)研究的前提和基礎(chǔ)�；诖�,本論文將要對(duì)未來(lái)MIMO技術(shù)和中繼系統(tǒng)的性能分析展開(kāi)研究,主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：1.研究了多中繼網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)定時(shí)偏移(Multiple Timing Offsets, MTOs)和多個(gè)載波頻率偏移(Multiple Carrier Frequency Offsets, MCFOs)的聯(lián)合同步參數(shù)估計(jì)問(wèn)題。由于多路信號(hào)重疊在一起,同步任務(wù)復(fù)雜且艱巨。為了達(dá)到時(shí)頻同步的目的,本論文設(shè)計(jì)出了基于恒幅零自相關(guān)序列的新的正交訓(xùn)練信號(hào),提出了一個(gè)基于最大似然準(zhǔn)則的簡(jiǎn)單有效的估計(jì)方法及其迭代算法來(lái)進(jìn)一步改善同步性能,將困難的多參數(shù)估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)易解的子問(wèn)題,從而能夠?qū)γ織l中繼鏈路的同步偏差分開(kāi)進(jìn)行估計(jì)。仿真表明,所提出的算法不僅降低了計(jì)算復(fù)雜度,而且能夠漸近達(dá)到理想定時(shí)或頻率同步情況下的均方誤差(Mean Square Error, MSE)性能。2.考慮一個(gè)大規(guī)模天線雙向中繼系統(tǒng),提出了兩種中繼接收檢測(cè)和發(fā)送預(yù)編碼矩陣,并推導(dǎo)出了每個(gè)UT的漸近端到端(end-to-end, e2e)信號(hào)干擾噪聲比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio, SINR)。研究結(jié)果表明,隨著天線數(shù)的增加,用戶終端或中繼的發(fā)射功率能夠與天線數(shù)成反比降低,同時(shí)無(wú)性能損失。也就是說(shuō),中繼通信系統(tǒng)能夠從大規(guī)模天線陣列中受益,并且雙向中繼方案優(yōu)于單向中繼方案。仿真結(jié)果證實(shí)了所推導(dǎo)出的漸近表達(dá)式的有效性。3.研究了一個(gè)雙跳多天線中繼系統(tǒng),分析了當(dāng)中繼和目的節(jié)點(diǎn)都受到共信道干擾(Co-Channel Interference,CCI)和加性高斯白噪聲影響時(shí)的中斷性能,分別對(duì)放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward, AF)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward, DF)中繼協(xié)議推導(dǎo)出了新的精確的中斷概率閉式表達(dá)式。仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的有效性。4.分析了一個(gè)大規(guī)模MU-MIMO AF中繼系統(tǒng)在有CCI存在時(shí)的性能,推導(dǎo)出了用戶可達(dá)速率的緊致下界表達(dá)式,并對(duì)中繼天線數(shù)趨于無(wú)窮大時(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行了漸近性分析。研究結(jié)果表明,可達(dá)速率會(huì)隨著發(fā)射功率的增加最終趨于飽和。然而,分析和仿真結(jié)果都揭示出,通過(guò)部署更多中繼天線可以進(jìn)一步顯著改善系統(tǒng)性能。5.研究了一個(gè)單小區(qū)上行大規(guī)模MU-MIMO系統(tǒng),針對(duì)三種線性接收機(jī),也就是,最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)、迫零(Zero-Forcing,ZF)和最小均方誤差(Minimum Mean Square Error, MMSE),分別推導(dǎo)出了對(duì)任意基站天線數(shù)都成立的中斷概率解析表達(dá)式,并分析了基站天線數(shù)很大時(shí)系統(tǒng)的漸近中斷行為。大量數(shù)值結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。6.討論了單小區(qū)下行MU-MIMO系統(tǒng)的幾種線性預(yù)編碼方法。分別從信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)、基站天線數(shù)和瞬時(shí)衰減系數(shù)等方面比較了四種預(yù)編碼方案的用戶平均速率和中斷概率。特別地,通過(guò)仿真分析了正則化因子對(duì)正則化迫零(Regularized Zero-Forcing, RZF)預(yù)編碼方案的影響。
【關(guān)鍵詞】：大規(guī)模多輸入多輸出 中繼 性能分析 中斷概率
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符號(hào)對(duì)照表12-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 研究背景和意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 大規(guī)模MIMO的研究進(jìn)展14-18
• 1.2.2 多天線中繼系統(tǒng)的研究進(jìn)展18-21
• 1.3 論文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排21-23
• 參考文獻(xiàn)23-29
• 第二章 單天線中繼系統(tǒng)同步性能分析29-41
• 2.1 研究背景29-30
• 2.2 系統(tǒng)模型30-31
• 2.3 訓(xùn)練信號(hào)設(shè)計(jì)31-32
• 2.4 同步參數(shù)估計(jì)32-35
• 2.4.1 最大似然估計(jì)33
• 2.4.2 所提出的估計(jì)方法33-35
• 2.5 仿真結(jié)果35-38
• 2.6 本章小結(jié)38
• 參考文獻(xiàn)38-41
• 第三章 大規(guī)模天線雙向中繼系統(tǒng)性能分析41-55
• 3.1 研究背景41-42
• 3.2 系統(tǒng)模型42-44
• 3.2.1 數(shù)據(jù)傳輸階段一42-43
• 3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸階段二43-44
• 3.3 接收檢測(cè)和發(fā)送預(yù)編碼設(shè)計(jì)44-45
• 3.3.1 MRC接收/MRT預(yù)編碼44
• 3.3.2 ZF接收/ZF預(yù)編碼44-45
• 3.4 漸近性能分析45-49
• 3.4.1 MRC接收/MRT預(yù)編碼45-47
• 3.4.2 ZF接收/ZF預(yù)編碼47-49
• 3.5 仿真結(jié)果49-52
• 3.6 本章小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 第四章 雙跳多天線中繼系統(tǒng)的中斷概率分析55-69
• 4.1 研究背景55-56
• 4.2 系統(tǒng)模型56-58
• 4.3 中斷概率分析58-63
• 4.3.1 AF中繼系統(tǒng)58-61
• 4.3.2 DF中繼系統(tǒng)61-63
• 4.4 仿真結(jié)果63-67
• 4.5 本章小結(jié)67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 第五章 大規(guī)模MU-MIMO AF中繼系統(tǒng)的性能分析69-83
• 5.1 研究背景69-70
• 5.2 系統(tǒng)模型70-72
• 5.3 性能分析72-75
• 5.3.1 一般性分析72-74
• 5.3.2 漸近性分析74-75
• 5.4 仿真結(jié)果75-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 第六章 大規(guī)模MU-MIMO系統(tǒng)的中斷概率分析83-99
• 6.1 研究背景83-84
• 6.2 系統(tǒng)模型84-85
• 6.3 中斷概率分析85-89
• 6.3.1 MRC接收機(jī)86-87
• 6.3.2 ZF接收機(jī)87-88
• 6.3.3 MMSE接收機(jī)88-89
• 6.4 漸近中斷性能89-90
• 6.4.1 N→∞,K固定89-90
• 6.4.2 N,K→∞,α固定90
• 6.5 仿真結(jié)果90-95
• 6.5.1 簡(jiǎn)化的仿真場(chǎng)景90-93
• 6.5.2 實(shí)際場(chǎng)景93-94
• 6.5.3 多小區(qū)場(chǎng)景94-95
• 6.6 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-99
• 第七章 MU-MIMO系統(tǒng)的線性預(yù)編碼研究99-109
• 7.1 研究背景99-100
• 7.2 系統(tǒng)模型100-101
• 7.3 線性預(yù)編碼101-103
• 7.4 仿真結(jié)果103-107
• 7.5 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻(xiàn)108-109
• 第八章 總結(jié)和展望109-113
• 附錄縮略語(yǔ)表113-117
• 致謝117-119
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄119

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