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分布式大规模mimo系统中自适应调制及跨层设计方案性能研究

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分布式大规模MIMO系统中自适应调制及跨层设计方案性能研究

作者：杜雨衡南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着人们对无线通信系统中频谱资源需求的不断增加,大规模mimo技术受到了更多的关注。不论是将大规模天线阵列部署在小区中心基站的集中式大规模mimo系统还是将天线分散在小区内的分布式大规模mimo系统,相比于传统mimo系统都有着数倍的... 详细信息

随着人们对无线通信系统中频谱资源需求的不断增加,大规模mimo技术受到了更多的关注。不论是将大规模天线阵列部署在小区中心基站的集中式大规模mimo系统还是将天线分散在小区内的分布式大规模mimo系统,相比于传统mimo系统都有着数倍的频谱效率提升,因此大规模mimo技术是下一代移动通信的关键技术之一。自适应调制技术已经被不同通信系统广泛使用,其可以根据信道信息调整发送信号调制方式,有效地提升系统频谱效率。而为了在提升频谱效率的同时保证一定服务质量,打破传统分层设计思想的跨层设计方案应运而生。为此,本论文将研究集中式和分布式大规模mimo中的自适应调制和跨层设计方案,以提升系统的频谱效率。全文的主要工作如下:1.研究不完全信道状态信息下,集中式大规模mimo系统跨层设计方案。首先给出基于计算机拟合的误包率公式。基于此,在瞬时误包率约束下给出了结合自适应调制和自动请求重传的跨层设计方案,并对系统的平均频谱效率和平均误包率性能进行了理论分析,推导了闭式表达式。考虑到瞬时误包率约束较为严苛,会带来频谱效率的损失,故提出了平均误包率约束下的跨层设计方案,给出了一种基于拉格朗日乘子法的门限优化算法。2.研究分布式大规模mimo系统中基于不完全信道状态信息的自适应调制方案。首先针对离散率自适应调制,利用各调制方式的准确误比特率公式,推导各调制方式的门限。基于此门限,推导了系统的频谱效率和误比特率的近似闭式表达式。然后考虑连续率自适应调制,利用准确误比特率的一种指数形式近似公式,通过积分公式推导了连续率自适应调制方案的系统频谱效率,该频谱效率可作为评估自适应调制系统频谱效率的上界。3.研究分布式大规模mimo系统中的跨层设计方案。首先给出一种基于准确误比特率第一项的近似误包率表达式,并由此给出瞬时误包率约束下分布式大规模mimo系统中的跨层设计方案,推导了系统平均频谱效率与平均误包率的理论表达式。为了降低该理论的计算复杂度,基于互补误差函数的近似公式,给出了系统的简单近似性能分析,从而为跨层设计方案性能评估提供更为简便的方法。

关键词：分布式大规模mimo 频谱效率误包率自适应调制跨层设计

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射频失配下分布式大规模mimo的性能分析

应用科学学报 2018年第6期36卷 904-913页

作者：文犇犇柳涛王郝南京航空航天大学电子信息工程学院南京211106

分析了分布式大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, mimo)系统在射频(radio frequency, RF)链路失配情况下的性能,基于性能分析和最大比传输(max ratio transmission, MRT)原理,推导了系统下行链路可达速率的闭式表达式... 详细信息

分析了分布式大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output, mimo)系统在射频(radio frequency, RF)链路失配情况下的性能,基于性能分析和最大比传输(max ratio transmission, MRT)原理,推导了系统下行链路可达速率的闭式表达式.仿真结果表明,该表达式可有效评估基站端(base station, BS)射频失配情况下的系统性能.基站端超过1 dB的幅度失配或π/2的相位失配,都将导致用户端有超过50%的下行速率损失.射频失配对系统性能的影响十分严重,也说明了对射频失配进行性能分析的必要性.

关键词：分布式大规模mimo 射频失配性能分析时分双工

大规模分布式mimo系统中的多用户预编码与检测技术研究

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大规模分布式MIMO系统中的多用户预编码与检测技术研究

作者：冯源东南大学

学位级别：硕士

伴随着移动互联网和物联网的高速发展,移动通信技术的发展也在快速的更新。随着5G移动通信系统的正式商用,多输入多输出（mimo,Multiple-Input Multiple-Output）技术是在保证功率效率的前提下,大幅提高频谱效率的关键技术。大规模分布... 详细信息

伴随着移动互联网和物联网的高速发展,移动通信技术的发展也在快速的更新。随着5G移动通信系统的正式商用,多输入多输出（mimo,Multiple-Input Multiple-Output）技术是在保证功率效率的前提下,大幅提高频谱效率的关键技术。大规模分布式mimo通过协作利用宏分集进一步提高传输性能,成为mimo技术的热点问题。具体地,本文主要研究了:第一章首先介绍论文的研究背景。然后分别介绍了大规模mimo技术以及大规模分布式mimo技术的发展概述。最后阐述了大规模分布式mimo系统中多用户预编码和多用户检测的研究现状,并总结了论文的研究工作和内容安排。第二章研究了大规模分布式mimo系统中下行链路的遍历和速率的确定性等同（Deterministic Equivalent）推导。由于实际系统中很难获取精确的信道状态信息（CSI,Channel State Information）,本文针对不完美CSI的系统模型,考虑多用户分布式mimo系统中用户到多个接入点距离的不尽相同而造成的频域相位旋转问题,引入了相关的相位旋转变量以及预编码补偿变量,推导出系统的遍历和速率。最后,根据大规模随机矩阵理论,推导出正则迫零（RZF,Regularized Zero-Forcing）预编码系统遍历和速率的确定性等同。仿真结果表明确定性等同以较低的计算成本即可提供可靠的性能预测。第三章研究了大规模分布式多用户mimo系统中预编码补偿矩阵的设计问题。根据推导出的系统遍历和速率的确定性等同,采用最优化方法进行预编码补偿矩阵的设计。为解决优化问题的非凸性,采用局部迭代优化算法,结合顺序参数凸近似框架（SPCA,Sequential Parametric Convex Approximation）,进行数值求解。仿真结果表明,优化出的预编码补偿矩阵,不论是低信噪比还是高信噪比,都能够有效的抵消干扰。在相干带宽内,只需要计算一次预编码和相位补偿矩阵,其它子载波的相位补偿矩阵可以根据该矩阵旋转生成。第四章讨论了大规模分布式mimo原型系统中的迭代检测方案。研究了上行大规模分布式mimo系统的干扰抑制处理,并提出了基于特征值分解的软干扰抵消迭代算法（EVD-MMSEISDIC,EVD based MMSE Iterative Soft Decision Interference Cancellation）,并应用在上行接收机中。在此基础上,提出了两种迭代检测方案:迭代检测和解码（IDD,Iterative Detection and Decoding）方案和迭代检测（ID,Iterative Detection）方案。接着,介绍了基于通用处理器（GPP,GeneralPurpose Processor）的大规模分布式mimo原型系统的搭建和结构模型。最后,利用该系统进行了迭代接收机的测试验证。测试结果证明该算法对接收机的性能具有显著性的提高。

关键词：分布式大规模mimo 多用户预编码时延差确定性等同预编码补偿矩阵迭代检测

基于GPP的大规模分布式mimo下行链路关键技术研究

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基于GPP的大规模分布式MIMO下行链路关键技术研究

作者：吕志伟东南大学

学位级别：硕士

移动通信技术的发展为人类带来了极大便利,同时也进一步刺激了人们对于移动通信的需求。分布式大规模mimo技术因为其系统容量大、频谱利用率高等优点在学术界获得广泛关注。本文主要研究了分布式大规模mimo系统下行链路的关键技术,考虑... 详细信息

移动通信技术的发展为人类带来了极大便利,同时也进一步刺激了人们对于移动通信的需求。分布式大规模mimo技术因为其系统容量大、频谱利用率高等优点在学术界获得广泛关注。本文主要研究了分布式大规模mimo系统下行链路的关键技术,考虑了传输时延差对分布式mimo下行传输性能的影响,并针对时延差研究了大规模分布式mimo-OFDM下行链路多用户预编码的设计。最后给出基于通用处理器的大规模分布式mimo系统的实现。第一章首先介绍课题的研究背景和移动通信技术的发展过程,然后简要介绍了OFDM技术和mimo技术的演变过程,之后给出信道容量分析和预编码技术的研究现状。第二章介绍了5G试验系统的基本架构和上下行链路的数据传输流程,并给出物理层参数和帧结构。然后对分布式大规模mimo系统下行链路涉及到的部分关键技术做了简要的介绍,主要包括参考信号的设计、BS端预编码技术和UE端检测技术。第三章阐述了大规模分布式mimo-OFDM系统的信道模型,通过分析得到了传输时延差会增大系统的频率选择性的结论,并给出了存在时延差情况下的数学模型。接着分别分析两种模型采用MRT预编码时的信道容量,并通过仿真探讨了天线数目、大尺度衰落因子和时延差对系统容量的影响。第四章提出了一种考虑路径时延差的低复杂度多用户预编码方案。首先介绍了两用户模型下能够完全补偿路径时延差的预编码方案,然后在多用户模型中,基于最小二乘法求得低复杂度的多用户下通用的预编码系数矫正方案。通过仿真,分析了子载波序号和最大采样偏差对系统误码率的影响,并比较预编码系数矫正前后的系统性能,指出了该预编码系数矫正方案的可行性。第五章研究了面向5G的大规模分布式mimo试验系统下行链路多用户传输算法的软件实现。我们分析了5G试验系统选用GPP的优势,并给出实现该系统的软硬件资源。针对试验系统对实时性的高要求,阐述了软件系统中用到的几种提高软件执行效率的方法,并给出了下行链路BS侧的多用户预编码及UE侧的检测算法的软件实现。本章最后展示了实际空口无线传输的测试结果。

关键词：分布式大规模mimo 下行链路信道容量多用户预编码时延差