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Low-Complexity Channel Reconstruction Methods Based on SVd-ZF Precoding in Massive 3D-MIMO Systems

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China Communications 2015年第S1期12卷 49-57页

作者： REN Yuwei SONG Yang SU Xin Beijing University of Posts and Telecommunications State Key Laboratory of Wireless Mobile Communications China Academy of Telecommunications Technology

In this paper, we study the low-complexity channel reconstruction methods for downlink precoding in massive multiple-Input multiple-Output(mimo) systems. When the user is allocated less streams than the number of its antennas, the base station(BS) or user usually utilizes the singular value decomposition(SVd) to get the effective channels, whose dimension is equal to the number of streams. This process is called channel reconstruction and done in BS for time division duplex(Tdd) mode. However, with the increasing of antennas in BS, the computation burden of SVd is getting incredible. Here, we propose a series of novel low-complexity channel reconstruction methods for downlink precoding in 3d spatial channel model. We consider different correlations between elevation and azimuth antennas, and divide the large dimensional matrix SVd into two kinds of small-size matrix SVd. The simulation results show that the proposed methods only produce less than 10% float computation than the traditional SVd zero-forcing(SVd-ZF) precoding method, while keeping nearly the same performance of 1Gbps.

关键词： channel reconstruction SVd 3D-MIMO massive mimo

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3D-MIMO的理论与应用问题研究

3D-MIMO的理论与应用问题研究

作者：夏凯茜北京邮电大学

学位级别：硕士

3D-MIMO技术是5G的关键技术之一,为传统mimo技术开启了垂直维度自由度的大门。通过波束在垂直方向上的自适应,可以扩大高层楼宇用户的覆盖,在垂直面跟踪用户密集场景的终端,降低对邻区的干扰,并可实现垂直面的空分复用,提高频谱效率。... 详细信息

3D-MIMO技术是5G的关键技术之一,为传统mimo技术开启了垂直维度自由度的大门。通过波束在垂直方向上的自适应,可以扩大高层楼宇用户的覆盖,在垂直面跟踪用户密集场景的终端,降低对邻区的干扰,并可实现垂直面的空分复用,提高频谱效率。本文首先对3D-MIMO的应用场景以及关键技术进行了研究。然后在系统级仿真平台上评估了 3D-MIMO的系统性能,为后续问题的研究奠定了基础。随着移动通信技术的发展,频谱资源已经成为了稀缺资源。世界上大部分的移动网络运营商都需要在同一个基站部署多套不同频段的天线系统。为了提高天面资源利用率,实现基站天线小型化,同时达到美化天线的目的,在工程应用中考虑开发多频共轴天线。目前的多频共轴单元基本都涉及的是几倍频程的频率范围。然而,随着3D-MIMO技术的发展,可能涉及到有源天线端口和无源天线端口共口径。本文中提出了一种C频段与Sub 2.6GHz天线共轴的方案,实现了在C频段支持有源天线端口,而在Sub 2.6GHz频段支持无源端口,从而支持运营商对两种技术的兼容。同时,本文比较了该方案在不同参数和组阵方式下的系统性能,仿真找到最优参数,为工程应用提供了支持。由于频谱资源的稀缺,实际应用中,除了同一基站同时支持相差较大的两个频段外,还存在两个不同的无线通信系统在相邻的物理区域内部署相邻的频道的情形,这时会产生相邻信道干扰。目前的大部分研究仅涉及具有单天线的LTE系统。由于3D-MIMO的信号空间分布情形发生了变化,需要对邻频干扰进行重新评估。本文建立了系统模型,研究了天线数目的增多对系统共存的ACLR指标需求的影响,并评估了发射信号间的相关性对邻频干扰的影响,从而为降低3D-MIMO系统间的邻频干扰提供了方向。

关键词： 3D-MIMO 波束赋形双频共轴天线邻频干扰

3D-MIMO技术在高话务场景解决多用户通信的研究

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3D-MIMO技术在高话务场景解决多用户通信的研究

作者：谢汶奇东北石油大学

学位级别：硕士

3D-MIMO技术属于5G技术,现阶段属于5G技术4.5G化,核心是大规模天线的运用。自从4G Td-LTE标准形成以来,mimo一直是关键技术,这种多天线技术一直受到极力的推崇。在Td-LTE空口上,mimo空间复用可提升上下行传输速率及空口吞吐量;mimo空间... 详细信息

3D-MIMO技术属于5G技术,现阶段属于5G技术4.5G化,核心是大规模天线的运用。自从4G Td-LTE标准形成以来,mimo一直是关键技术,这种多天线技术一直受到极力的推崇。在Td-LTE空口上,mimo空间复用可提升上下行传输速率及空口吞吐量;mimo空间发射分集可改善传输质量。3D-MIMO继承了原有的2d-mimo所有的特性,除了具备空间分集、空间复用、多用户mimo等功能之外,还具有上行增强、垂直覆盖、赋形增益大等优势。另外在高话务场景下,其大规模天线阵列技术在保障多用户通信时优势比较突出。本文以中兴RRU为例,采用高达64T64R规模的天线阵列的3D-MIMO设备,介绍了其射频线、端口的映射关系。本文详细阐述了空口速率与空间复用流数的关系,空间复用流数越多,速率越高,小区吞吐量越大;并且研究了基于3维码本预编码技术的增强型的MU-mimo,将3D-MIMO与2维mimo进行了小区容量仿真对比,3D-MIMO在增加系统容量上具有明显优势。由于3D-MIMO设备采用大规模天线阵子,上行分集接收增益随着天线阵子数的增多而增强,上行信道的误码率由于分集增益变大也对应得到改善,整个小区上行的吞吐量,平均上传速率因此得到提升[1]。本文研究的3D-MIMO在大话务场景下的多种通信技术,实践运用在大型群星演唱会保障环境中,由于演唱会用户多,传统的2d-mimo小区整体底噪高,单用户速率低,用户感知较差。而在VIP贵宾区部署3D-MIMO后,不仅保证了VIP用户的上传、下载高速率,而小区容量、小区吞吐量等指标也比2d-mimo优胜许多。

关键词： 3D-MIMO 空间复用预编码 MU-mimo 赋形增益

LTE-A系统下基于3D-MIMO信道的系统方案设计及性能评估

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LTE-A系统下基于3D-MIMO信道的系统方案设计及性能评估

作者：潘信宏北京邮电大学

学位级别：硕士

当今人们对于移动通信的容量和效率的需求迅猛增长,但是在现有的常见通信环境和通信技术条件下,小区内的通信容量常常捉襟见肘,用户体验有待提高。所以现在移动运营商在进行设备维护更新升级的同时,也在研究使用3d mimo方案技术来提升... 详细信息

当今人们对于移动通信的容量和效率的需求迅猛增长,但是在现有的常见通信环境和通信技术条件下,小区内的通信容量常常捉襟见肘,用户体验有待提高。所以现在移动运营商在进行设备维护更新升级的同时,也在研究使用3d mimo方案技术来提升网络性能,因而3dmimo如今也是3GPPR13/R14的重要探索议题。出于在LTE-A系统下基于3dmimo技术对系统性能进行分析的目的,本文基于3dmimo技术进行了多种方案的设计并对方案的性能进行验证。本论文按照3GPP的标准从多个角度进行相应的方案设计,并基于系统平台来对所设计的方案进行分析和验证。该课题的研究基于3GPP提案和中国移动的项目需求,课题的方案方法和研究结果支撑了中国移动共计12个R13/R14中提出的提案,推进了 3d mimo技术的前进。论文的内容主体为:论文详细描述并论证了方案实现底层的辅助算法的设计,包括用户调度权重算法和码本算法两种,从效率、公平和复杂度等多个角度来对其进行设计和检验,并在后续将其应用于系统设计方案中。接下来,论文列出了方案设计中的基准参量设置,从多天线映射基准性能对比、天线硬件数量对性能影响、同频扇区异频扇区的性能对比、多流传输性能优化、减少小区间SRS冲突干扰、基于码本设计方案等角度出发,进行了3D-MIMO的相关工作流程构思、方案设计和验证,重点从小区边缘吞吐量性能、小区平均吞吐量性能和系统频谱资源利用效率等数据指标进行统计和分析,输出相应的成果并最终得到相关的结论。通过相应的结果结论分析,最终坚实地支撑了相关的文档提案的结论。

关键词： LTE-A 3D-MIMO 码本方案系统性能

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3D-MIMO系统预编码技术的研究

3D-MIMO系统预编码技术的研究

作者：支航南京邮电大学

学位级别：硕士

随着有源天线系统（Active Antenna System,AAS）的出现,3D-MIMO（Three dimension Multiple-Input Multiple-Output）成为了5G系统的关键技术。其不仅实现了水平维波束赋型的控制,而且可以充分利用信道垂直空间的自由度。由于可用天线... 详细信息

随着有源天线系统（Active Antenna System,AAS）的出现,3D-MIMO（Three dimension Multiple-Input Multiple-Output）成为了5G系统的关键技术。其不仅实现了水平维波束赋型的控制,而且可以充分利用信道垂直空间的自由度。由于可用天线端口个数限制了天线数量的使用且信号只能实现水平和垂直方向单路数据流的传输,因此需要重新设计3d预编码多流传输方案以适应3d天线阵列。对于越来越多的待服务用户之间的干扰和共同竞争信道资源问题,多用户预编码技术也需要进一步的研究。针对现有方案如何在水平维和垂直维同时实现多流传输的问题,首先,研究了3D-MIMO系统中预编码的不同设计方式。其次,研究了3D-MIMO系统中基于信道状态信息参考信号（Channel State Information Reference Signals,CSI-RS）的独立式和波束赋形式预编码方案。然后,将基于克罗内克积的3D-MIMO预编码与CSI-RS导频端口设计相结合提出了一种水平维和垂直维的多流传输方案。最后,给出了水平维和垂直维不同数据流数对系统容量影响的仿真。针对3D-MIMO系统中多用户预编码的设计问题,首先,介绍了多用户有限反馈系统模型和多用户预编码方案。接下来,研究了多用户调度系统的平均吞吐量和公平性。然后,设计了分离式和联合式两种3d码本,提出了一种基于正交码本的多用户3d预编码方案,针对用户调度的不公平问题,借鉴了轮询调度和比例公平调度的思想进行了改进。最后,通过仿真,比较了水平维和垂直维反馈比特数对系统容量的影响,以及三种调度方案的系统吞吐量和公平性。

关键词： 3D-MIMO 预编码 CSI-RS 多流传输用户调度系统容量

基于MdT的3D-MIMO天线权值优化方法研究与应用

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基于MDT的3D-MIMO天线权值优化方法研究与应用

用户3d分布下的3D-MIMO干扰协调策略

作者：田原胡博贾磊中国移动通信集团陕西有限公司

本文提出了一种基于MdT大数据优化3D-MIMO天线权值的方法,使得话务热点集中于3D-MIMO天线法线方向,有效改善热点区域用户感知,使3D-MIMO小区尽量吸收更多话务,实现了3D-MIMO投资收益最大化,并为后续面向5G的3D-MIMO大规模建设及优化提... 详细信息

本文提出了一种基于MdT大数据优化3D-MIMO天线权值的方法,使得话务热点集中于3D-MIMO天线法线方向,有效改善热点区域用户感知,使3D-MIMO小区尽量吸收更多话务,实现了3D-MIMO投资收益最大化,并为后续面向5G的3D-MIMO大规模建设及优化提供有效依据。

关键词： MdT 3D-MIMO 天线权值优化

来源： cnki会议评论

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用户3D分布下的3D-MIMO干扰协调策略

作者：张国梅马小辉任俊臣赵晓丹西安交通大学信息与通信工程学院西安测绘研究所

随着城市建筑物高度日益增加、密度日益增大,用户处于高楼层的概率增大。文本针对用户3d分布场景下3D-MIMO垂直扇区化系统中的扇区间及小区间干扰,提出了基于波束形状匹配和基于最小信漏噪比（SLNR）最大准则的干扰协调方案。前者利用... 详细信息

随着城市建筑物高度日益增加、密度日益增大,用户处于高楼层的概率增大。文本针对用户3d分布场景下3D-MIMO垂直扇区化系统中的扇区间及小区间干扰,提出了基于波束形状匹配和基于最小信漏噪比（SLNR）最大准则的干扰协调方案。前者利用各用户的3d位置信息来确定各垂直波束的指向及半功率波束宽度,并依此来优化各垂直扇区天线子阵的权矢量。后者结合用户的3d位置信息及瞬时信道信息,以扇区内最小SLNR最大为准则来优化各垂直扇区天线子阵的权矢量,并设计了一种次优的低复杂度求解算法。仿真结果表明,所提出的两种方案可以使各波束更精确地服务不同3d位置的用户,从而提升边缘用户及系统总的频谱效率。

关键词： 3D-MIMO 用户3d分布垂直扇区化干扰协调信漏噪比

来源： cnki会议评论

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2d到3D-MIMO用户配对资源管理

2D到3D-MIMO用户配对资源管理

作者：彭菲北京邮电大学

学位级别：硕士

随着宽带无线技术的迅猛发展,在过去几十年中,移动通信系统正朝着宽带、高速、大容量、多业务和低成本的方向飞速发展。国际电信联盟也正式通过了将增强的长期演进系统(LTE-A)和802.16m技术规范确立为未来移动通信系统(IMT-Advanced)国... 详细信息

随着宽带无线技术的迅猛发展,在过去几十年中,移动通信系统正朝着宽带、高速、大容量、多业务和低成本的方向飞速发展。国际电信联盟也正式通过了将增强的长期演进系统(LTE-A)和802.16m技术规范确立为未来移动通信系统(IMT-Advanced)国际标准的议题,多用户多输入多输出(MU-mimo)通过扩展空间的传输维度而成倍地提高信道容量,被多种无线通信标准广泛采纳。联系实际应用场景,不同用户所处信道条件不同,针对多用户的调度选择和资源分配算法研究,成为了制约MU-mimo系统性能的关键因素。同时,复杂度和反馈开销是满足多用户mimo技术优点所付出的代价,这就需要在MU-mimo性能、用户选择复杂度和反馈开销之间找一个折衷点。此外,现阶段MU-mimo技术主要利用水平方向自由度来动态调整发送信号,充分发掘空间三维自由度,也是影响整体性能的关键因素。因此,研究2d MU-mimo性能折中以及3D-MIMO用户配对方案设计就是一个非常有意义的方向。本论文基于这一背景,重点研究LTE-A系统中2d和3D-MIMO配对用户对系统性能的影响,并基于信道状态信息提出相应的折中解决方案。论文主要内容包括：首先,总结并评估了2d MU-mimo系统中几种用户配对方案。采用基于时间驱动的系统级仿真方法,仿真评估了LTE-A R10系统中各用户配对方案的系统性能,总结了各种配对算法的适用场景,并进行了配对算法的可行性分析。其次,论文详细分析了多用户配对。得出了影响多用户系统整体性能的三个主要原因为：1)低SINR用户配对;2)用户Rank的自适应性;3)反馈开销。在2d场景下,论文通过对预编码码本子集的划分,研究预编码码本对配对用户选择的作用,分析反馈开销对系统的影响。同时,提出了PMI&RI用户配对算法。通过仿真分析,我们得出结论：基于PMI&RI指示的多用户配对算法,能够在系统吞吐量和反馈开销两方面取得较好的折中。然后,论文进一步分析3D-MIMO场景的多用户配对方案,首先分析了3D-MIMO信道环境特征。针对3d信道场景,设计出了基于全维度MEMO信道的3d码本。在3d码本的基础上,提出了3dMU-mimo的用户配对算法。通过系统级仿真,评估了基于3d码本的用户配对算法,在复杂度,反馈开销,配对比例方面与之前的2dMU-mimo用户配对方法进行比较分析。仿真结果表明,基于3D-MIMO的多用户配对能够有效利用竖直方向空间自由度,提高系统频谱效率。论文最后对全文进行了总结,并指明了多用户mimo今后的研究方向。

关键词：用户配对 3D-MIMO 预编码系统级仿真 LTE-A系统

一种面向5G的3D-MIMO毫米波小型化天线波控系统设计

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一种面向5G的3D-MIMO毫米波小型化天线波控系统设计