大規(guī)模無線MIMO的頻譜效率及性能研究.pdf

1、隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)用戶對(duì)無線傳輸速率以及通信服務(wù)體驗(yàn)不斷提出更高要求。為了應(yīng)對(duì)未來爆炸性移動(dòng)數(shù)據(jù)流量要求，第五代移動(dòng)通信技術(shù)運(yùn)應(yīng)而生。而作為第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)中核心技術(shù)之一的大規(guī)模MIMO在學(xué)術(shù)界一直得到廣泛關(guān)注和研究，其能顯著提高移動(dòng)傳輸速率以及頻譜效率。然而小區(qū)間的導(dǎo)頻復(fù)用會(huì)形成導(dǎo)頻污染，導(dǎo)頻污染成為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)性能提升的瓶頸。MIMO系統(tǒng)的頻譜效率一直是學(xué)術(shù)界的研究重點(diǎn)，在大規(guī)模MIMO中也不例外。本文研究課題

2、之一便是考慮導(dǎo)頻污染以及天線間相關(guān)性的條件下，系統(tǒng)的頻譜效率。此外，本文研究的另外一個(gè)課題則是大規(guī)模MIMO在考慮導(dǎo)頻污染以及多小區(qū)干擾情形下的分集復(fù)用折中性能。
　　本文首先介紹了論文的研究背景，闡述了MIMO技術(shù)的發(fā)展歷程，以及本文所要研究的核心內(nèi)容及相關(guān)的研究現(xiàn)狀。
　　移動(dòng)傳播環(huán)境是分析移動(dòng)通信問題的基礎(chǔ)，本文在充分考慮大規(guī)模MIMO中的信道特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了本文所采用的大規(guī)模MIMO蜂窩系統(tǒng)模型。隨后研究了基于該

3、蜂窩系統(tǒng)模型的條件下，確定性信道下即不存在導(dǎo)頻污染情況下的信道容量以及單小區(qū)確定性信道的分集復(fù)用折中問題。
　　導(dǎo)頻污染已經(jīng)成為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)性能提升的限制性因素。本文首先采用這樣的導(dǎo)頻復(fù)用策略，相同小區(qū)內(nèi)使用互相正交的導(dǎo)頻信號(hào)，不同小區(qū)之間采用相同的導(dǎo)頻序列，由此引入導(dǎo)頻污染。緊接著通過MMSE估計(jì)方法來獲取信道狀態(tài)信息并求得了系統(tǒng)等效模型。在這個(gè)等效模型基礎(chǔ)上，得到了MRC接收機(jī)的瞬時(shí)容量。隨后本文分別討論了大規(guī)模MIMO

4、相關(guān)和非相關(guān)信道中前述瞬時(shí)容量的漸近值及其下界。最后對(duì)推導(dǎo)的理論結(jié)果進(jìn)行了仿真和分析。仿真結(jié)果顯示天線間的相關(guān)性使得系統(tǒng)容量大幅下降，但無論是相關(guān)信道還是非相關(guān)信道，本文所推導(dǎo)的大規(guī)模MIMO的容量漸近值及其下界都十分精確。
　　最后本文對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的分集與復(fù)用的折中增益進(jìn)行了研究。使用相同的導(dǎo)頻復(fù)用策略引進(jìn)導(dǎo)頻污染，并使用MMSE估計(jì)方法獲取信道狀態(tài)信息值并求解了MMSE接收機(jī)下用戶的和速率。在此和速率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分別