基于上下行耦合仿真的交叉时隙干扰研究

作     者：雷诚 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王亚峰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：5G移动通信 系统级仿真 上行多用户MIMO调度算法 交叉时隙干扰 

摘      要：无线通信技术发展的突飞猛进,让当今社会成为了一个数据化、信息化的时代,移动通信用户对数据获取的速率要求和数据量的要求都远超从前。频谱资源的逐渐紧张和移动通信用户的增加,使得通信不得不向高频段发展,去拓展频谱资源。目前,第五代移动通信(The 5th Generation,5G)已经将毫米波频段作为主要的使用频段。作为评估无线通信新技术、推动5G标准化的重要工具,系统级通信仿真平台有着举足轻重的地位。为此本文搭建了毫米波频段的5G系统级上下行耦合仿真平台,从而来研究5G新技术,评估新算法,分析通信系统性能。本文主要包括三个方面的创新点:基于毫米波频段的5G系统级上下行耦合仿真平台的搭建、上行多用户MIMO调度算法的研究、交叉时隙干扰的建模方法。首先本文介绍了 5G移动通信系统的发展史、性能需求,对5G的关键技术进行研究。接下来对5G系统级耦合仿真平台进行设计和实现。论文阐述了该平台的整体运行流程,然后对平台核心模块:参数输入和结果输出模块、用户和基站初始化模块、信道建模模块、资源调度模块、用户和基站进程模块以及HARQ模块进行详细介绍。该平台最大的特点是上下行的耦合仿真,即上行链路和下行链路相互独立、互不干扰的在同一个时间驱动系统下的仿真。以平台自身的上行、下行、耦合仿真三种仿真类型进行自身对比,完成了对平台搭建正确性的验证。仿真结果表明,耦合仿真平台在耦合仿真时的吞吐量与单独仿真一条通信链路时的吞吐量相差不大。其次,针对上行的多用户MIMO,提出一种新的调度算法。算法以比例公平算法为基础,考虑吞吐量最大来进行用户配对。基于5G耦合仿真平台对该调度算法进行实现,并在城区宏蜂窝场景下进行了仿真性能分析。仿真结果表明,基于吞吐量最大准则的上行多用户MIMO调度算法在两用户配对的情况下,可以给系统带来显著的吞吐量增益。最后,论文提出了交叉时隙干扰的概念,并对上行干扰下行和下行干扰上行两种交叉时隙干扰进行理论描述和建模。基于5G耦合仿真平台的不同小区可以仿真不同帧结构的特性对交叉时隙干扰进行实现,并在城区宏蜂窝场景下进行仿真和干扰水平分析。仿真结果表明,下行干扰上行场景中的干扰明显,对系统中用户的吞吐量和SINR影响较大;而上行干扰下行场景中的干扰较小,对系统中用户的吞吐量的影响不大。