發(fā)布時(shí)間：2020-09-09 20:12

　　 隨著人們對(duì)高速通信網(wǎng)絡(luò)需求的不斷提升以及移動(dòng)通信中數(shù)據(jù)量持續(xù)的增長(zhǎng),促使了如今5G通信網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展。MIMO系統(tǒng)以及由其衍生的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)因能夠?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)提供可觀的復(fù)用增益和分集增益,成為了在目前已有的5G通信網(wǎng)絡(luò)的雛形中必不可缺的一環(huán)。近些年,為了使通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升,學(xué)術(shù)界持續(xù)地進(jìn)行著MIMO系統(tǒng)的相關(guān)研究。一些具有創(chuàng)新性及實(shí)用性的MIMO系統(tǒng)模型不斷地被研究者提出。其中具有代表性的是基于信道時(shí)變性的MIMO系統(tǒng),其由于考慮到通信信道的時(shí)變性,選擇對(duì)一段時(shí)間內(nèi)不斷變化的系統(tǒng)進(jìn)行研究,并通過(guò)信道的時(shí)變演進(jìn)模型及最優(yōu)化算法,提出時(shí)變系統(tǒng)相關(guān)優(yōu)化問(wèn)題的解決方案。與傳統(tǒng)對(duì)靜態(tài)系統(tǒng)的研究相比,基于信道時(shí)變性MIMO系統(tǒng)的研究考慮了現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的不確定性,使研究的結(jié)果更具有現(xiàn)實(shí)意義。而另一個(gè)備受關(guān)注的研究點(diǎn)是分布式MIMO系統(tǒng),其因?yàn)槟軌驗(yàn)橄到y(tǒng)帶來(lái)較高的頻譜效率和良好的覆蓋率被認(rèn)為是迎合目前不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)與傳統(tǒng)的集中式的天線部署方式相比,分布式的天線部署還可以為系統(tǒng)提供更好的邊緣用戶服務(wù)以及更低的天線間干擾的收益。本文將基于現(xiàn)實(shí)MIMO系統(tǒng)的時(shí)變性,分別在集中式天線結(jié)構(gòu)和分布式天線結(jié)構(gòu)下,對(duì)單用戶MIMO系統(tǒng)和多用戶MIMO系統(tǒng)中信道追蹤問(wèn)題和預(yù)編碼設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的研究。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)包括:第一,針對(duì)于時(shí)變集中式MIMO系統(tǒng),本文引入了一種用于研究的集中式MIMO信道的系統(tǒng)演進(jìn)模型,進(jìn)一步地,在該系統(tǒng)演進(jìn)模型的基礎(chǔ)上,本文提出了一種低開(kāi)銷的信道追蹤策略,包括策略提出的基本思想,策略的詳細(xì)描述以及策略中各個(gè)參數(shù)的分析,同時(shí),為了更好地分析所提出的信道追蹤策略的性能,本文考慮在系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)流數(shù)時(shí)以及不同的功率分配策略下的系統(tǒng)頻譜效率表現(xiàn),最后,本文還以接收端功率損耗為標(biāo)準(zhǔn)給出了在低開(kāi)銷信道追蹤策略中系統(tǒng)的最佳反饋間隔。第二,針對(duì)于時(shí)變分布式單用戶MIMO系統(tǒng),本文引入了分布式單用戶MIMO信道的系統(tǒng)模型以及時(shí)變演進(jìn)模型,由于分布式系統(tǒng)的引入,分布式單用戶MIMO系統(tǒng)的時(shí)變演進(jìn)模型不再服從一階馬爾可夫鏈的形式。進(jìn)一步地,在該系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,本文提出了時(shí)變分布式MIMO信道下單用戶預(yù)編碼矩陣的迭代搜索算法,其中包括算法的內(nèi)容描述,算法中各參數(shù)的選擇,算法的誤差分析以及在時(shí)變分布式MIMO系統(tǒng)中功率分配的策略,同時(shí),在與其它分布式MIMO系統(tǒng)中預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)算法相比中,本文所提出的迭代搜索算法體現(xiàn)出了更好的性能,以及對(duì)時(shí)變系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。第三,針對(duì)于時(shí)變分布式多用戶MIMO系統(tǒng),本文同樣引入了分布式多用戶MIMO信道的系統(tǒng)模型以及時(shí)變演進(jìn)模型,由于引入了多用戶系統(tǒng),使得分布式多用戶MIMO系統(tǒng)的時(shí)變演進(jìn)模型變得更加復(fù)雜,以至于相鄰信道時(shí)刻的信道矩陣之間并不存在顯性的線性關(guān)系,必須借助若干個(gè)輔助矩陣,才能完成時(shí)變演進(jìn)模型的構(gòu)建。進(jìn)一步地,在該系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,本文提出了以時(shí)變分布式MIMO信道下多用戶系統(tǒng)的系統(tǒng)和速率為優(yōu)化目標(biāo)的兩種優(yōu)化算法,其中一維搜索算法可以得到更理想的優(yōu)化效果,而循環(huán)MMSE搜索算法則擁有更快的計(jì)算速度。同時(shí),仿真結(jié)果表明本文所提出的兩種算法均能有效地改善時(shí)變分布式多用戶MIMO系統(tǒng)中的信道容量。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

將預(yù)編碼矩陣的碼本表示為，：Ｆｍ邋＝邋｛Ｆｍｆ＝ｉ，并有／＾邋＝邋２８和／＾－￡逡逑以（Ｓ為反饋比特?cái)?shù)，符號(hào)表示Ｍｔ行，Ｍ列的酉矩陣）。其中下標(biāo)逡逑ｍ表示碼本：＾會(huì)隨著信道時(shí)刻ｍ的演進(jìn)發(fā)生改變。圖２－１展示了有限反饋預(yù)編碼逡逑系統(tǒng)的操作過(guò)程。如圖２－１所示，在每個(gè)信道時(shí)刻，碼本都會(huì)進(jìn)行更新。而在接逡逑收端，預(yù)編碼矩陣／＾￡＆則根據(jù)系統(tǒng)瞬時(shí)互信息進(jìn)行選擇，即，逡逑Ｆｍ邋＝邋ａｒｇｍａｘ／ＣＦ＾ｆ）邐（２－４）逡逑需要說(shuō)明的是，式（２－４）中的選擇標(biāo)準(zhǔn)等價(jià)于最小化系統(tǒng)ＭＳＥ矩陣行列式的逡逑標(biāo)準(zhǔn)［１５］。逡逑當(dāng)考慮信道矩陣的奇異值分解為＝邋１／，？２；？１１＾１時(shí)，定義矩陣保留矩逡逑陣Ｖ７ｎ中的前Ｍ列生成的矩陣，則矩陣歹？１為能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)中瞬時(shí)互信息最大化的逡逑最佳預(yù)編碼矩陣。另外，為了衡量矩陣５１６�。挢�(cái)￣財(cái)）和矩陣之間逡逑的角度差異，研究者定義了矩陣的弦距，其具體形式如下，逡逑ｄｃ（５ｉ

＾邋反饋信道邋ｊ邋邐邐逡逑＼Ｊ逡逑圖２－２多用戶Ｍ丨Ｍ０下行系統(tǒng)模型逡逑對(duì)于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，大多數(shù)研宄者均考慮了如圖２－２所示的系統(tǒng)拓?fù)溴义辖Y(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中有一個(gè)配置了邋根天線的基站，并通過(guò)個(gè)射頻鏈路與／Ｖ個(gè)移逡逑動(dòng)端相連并形成通信。而每個(gè)移動(dòng)端則配置了邋Ｍ，．根天線，該系統(tǒng)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑圖如圖２－３所示。同時(shí)，大部分研究者都會(huì)集中研究基站和每個(gè)移動(dòng)端只通過(guò)一逡逑個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信的多用戶波束賦形情況，因此，該多用戶系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)流為逡逑／Ｖｓ邋＝邋／Ｖ。進(jìn)一步的，研宄者們往往假設(shè)基站可以同時(shí)為與其射頻鏈路數(shù)相等的用逡逑戶數(shù)進(jìn)行服務(wù)，即有。同時(shí)，為了描述的簡(jiǎn)化，當(dāng)系統(tǒng)中的用戶數(shù)少于逡逑基站的射頻鏈路數(shù)時(shí)，基站只啟用ｙｖＲＦ個(gè)射頻鏈路數(shù)中的／Ｖ個(gè)來(lái)服務(wù)系統(tǒng)中這Ｗ逡逑個(gè)移動(dòng)端。逡逑１９逡逑

邐＾邋反饋信道邋ｊ邋邐邐逡逑＼Ｊ逡逑圖２－２多用戶Ｍ丨Ｍ０下行系統(tǒng)模型逡逑對(duì)于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，大多數(shù)研宄者均考慮了如圖２－２所示的系統(tǒng)拓?fù)溴义辖Y(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中有一個(gè)配置了邋根天線的基站，并通過(guò)個(gè)射頻鏈路與／Ｖ個(gè)移逡逑動(dòng)端相連并形成通信。而每個(gè)移動(dòng)端則配置了邋Ｍ，．根天線，該系統(tǒng)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑圖如圖２－３所示。同時(shí)，大部分研究者都會(huì)集中研究基站和每個(gè)移動(dòng)端只通過(guò)一逡逑個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信的多用戶波束賦形情況，因此，該多用戶系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)流為逡逑／Ｖｓ邋＝邋／Ｖ。進(jìn)一步的，研宄者們往往假設(shè)基站可以同時(shí)為與其射頻鏈路數(shù)相等的用逡逑戶數(shù)進(jìn)行服務(wù)，即有。同時(shí)，為了描述的簡(jiǎn)化，當(dāng)系統(tǒng)中的用戶數(shù)少于逡逑基站的射頻鏈路數(shù)時(shí)

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本文編號(hào)：2815415