本文關(guān)鍵詞：基于3D信道的多用戶MIMO傳輸技術(shù)研究　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是第四及第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,通過(guò)在發(fā)送端或接收端架設(shè)多根天線,能夠在時(shí)頻維度之外開發(fā)空間維度,有效提高信息傳輸速率。通過(guò)調(diào)度若干用戶共享同一時(shí)頻資源,可實(shí)現(xiàn)多用戶(MU)傳輸,進(jìn)一步提升資源利用率。MU-MIMO系統(tǒng)的研究通常圍繞二維(2D)水平面展開,通過(guò)在水平維度對(duì)發(fā)射波束進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)波束成形,使多個(gè)用戶能夠同時(shí)接受基站服務(wù)。然而在2D MU-MIMO系統(tǒng)中所有波束共用同一下傾角,應(yīng)用受到局限。隨著現(xiàn)代城市建筑物的高層化,用戶所處樓層高度的變化范圍逐漸增大,因此需要對(duì)垂直維度同時(shí)進(jìn)行開發(fā),三維(3D) MIMO技術(shù)引起極大關(guān)注。該技術(shù)旨在利用3D空間的完整信息,深度挖掘空間自由度。與2D MU-MIMO相比,3D MU-MIMO系統(tǒng)能夠同時(shí)服務(wù)處于相同水平方位、不同海拔高度的多個(gè)用戶,使多用戶傳輸效率顯著提升。本論文將圍繞基于3D信道的MU-MIMO傳輸方案展開研究,重點(diǎn)研究其下行鏈路的預(yù)編碼技術(shù)。首先,本論文針對(duì)3D MU-MIMO系統(tǒng)的物理層技術(shù)進(jìn)行調(diào)研。分別圍繞傳輸模型、信道建模、系統(tǒng)容量和波束成形等方面介紹3D MIMO傳輸系統(tǒng)的物理層,從MU-MIMO 下行鏈路接收信號(hào)模型入手,分析用戶間存在的干擾現(xiàn)象以及現(xiàn)有的兩種常用的干擾消除手段,包括下行鏈路預(yù)編碼技術(shù),重點(diǎn)介紹能夠使MU-MIMO系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)容量的非線性臟紙編碼(DPC)和克服了DPC高復(fù)雜度缺陷的線性預(yù)編碼技術(shù),以及多用戶調(diào)度技術(shù),重點(diǎn)介紹最大和速率調(diào)度、輪訓(xùn)調(diào)度和比例公平調(diào)度算法。接著,本論文研究基于3D雙極化信道的MU-MIMO系統(tǒng)雙碼本設(shè)計(jì)方案。首先介紹該方案所采用的系統(tǒng)模型,包括3D雙極化均勻平面天線陣列以及兩用戶場(chǎng)景下的下行鏈路傳輸模型,接著提出基于雙碼本的下行鏈路預(yù)編碼方法,在引入基于克羅內(nèi)克乘積碼本的基本波束集合后,分別采用長(zhǎng)時(shí)與短時(shí)碼本來(lái)設(shè)計(jì)內(nèi)外雙層預(yù)編碼矩陣,由此提出一種基于該長(zhǎng)短時(shí)雙碼本的多用戶傳輸方法,具體介紹所使用的最佳伙伴集合反饋方案、反饋量的計(jì)算方法及用戶配對(duì)準(zhǔn)則,并提出一種基于四分法的快速波束匹配算法以降低長(zhǎng)時(shí)碼本的搜索時(shí)間,最后通過(guò)仿真分別評(píng)估3D雙極化MIMO系統(tǒng)中基于該雙碼本的多用戶傳輸方案的性能。仿真結(jié)果表明：基于3D雙極化信道的多用戶MIMO系統(tǒng)雙碼本設(shè)計(jì)方案及相應(yīng)的有限反饋方法相對(duì)現(xiàn)有的2D傳輸系統(tǒng)而言能夠有效提升系統(tǒng)吞吐量。最后,本論文研究結(jié)合空分多址(SDMA)和干擾抑制的毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)多用戶傳輸方案。首先從物理域和波束域兩個(gè)方面對(duì)信道進(jìn)行建模,探究毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)波束域信道的稀疏性,并由此提出一種結(jié)合SDMA與迫零(ZF)預(yù)編碼的毫米波多用戶傳輸方法以消除多用戶干擾,將用戶全集按照波束的重疊情況劃分成兩個(gè)子集,其中一個(gè)用戶子集采用基于雙碼本的SDMA方案,另一個(gè)則采用基于ZF預(yù)編碼的多用戶傳輸方案,隨后研究該方案在擴(kuò)展至多徑模型后的適用情況,并通過(guò)仿真驗(yàn)證該方案在毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的性能。仿真結(jié)果表明：結(jié)合SDMA和干擾抑制的毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)多用戶傳輸方案不僅能夠克服大規(guī)模MIMO系統(tǒng)CSI獲取的困難,而且是一種有效的多用戶干擾消除手段,能夠大幅提升MU-MIMO系統(tǒng)的傳輸效率。
[Abstract]:A multi - input multiple output ( MIMO ) technology is one of the key technologies of the fourth and fifth generation mobile communication systems . A multi - user transmission scheme combining SDMA and zero forcing ( ZF ) precoding is proposed in order to eliminate multi - user interference , and the whole set of users is divided into two subsets according to the overlap of beams .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN919.3

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