面向5G的大規(guī)模MIMO無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們對(duì)高速率、高質(zhì)量無(wú)線(xiàn)通信需求的飛速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020年通信需求量將達(dá)到目前的1000倍。因此，可大幅提升系統(tǒng)容量及頻譜和能量效率的第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速引起了人們的廣泛關(guān)注，而大規(guī)模MIMO正是其中最主要的技術(shù)手段之一。本論文針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，關(guān)注了更具一般性的萊斯信道，分析了大規(guī)模MIMO相對(duì)于傳統(tǒng)MIMO的容量提升程度，給出了其發(fā)送功率縮減特性及導(dǎo)頻污染消除方法等創(chuàng)新性結(jié)論。同時(shí)，也提出了一種適用于多小區(qū)

2、的低復(fù)雜度功率控制機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上分析了大規(guī)模MIMO功率控制方案的多種適用情形，具體工作如下：
　　首先，研究了萊斯信道下大規(guī)模MIMO的發(fā)送功率縮減特性。不同于以往大規(guī)模MIMO研究，本文考慮了包含視距分量的更具普遍性的萊斯信道。在單小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中，分別在基站獲知理想和非理想信道狀態(tài)信息前提下，利用最大比合并和迫零接收機(jī)，分析了系統(tǒng)的上行可達(dá)速率，并得到了萊斯信道下的功率縮減特性：若基站可獲知理想信道狀態(tài)信息，當(dāng)基

3、站天線(xiàn)數(shù)(M)趨向于無(wú)窮大時(shí)，不論在哪一種接收機(jī)下，每用戶(hù)的發(fā)送功率均可減小到原來(lái)的1/M，且保證系統(tǒng)性能不衰減;若基站只可獲知非理想信道狀態(tài)信息，用戶(hù)可縮減的功率比例是與信道狀態(tài)相關(guān)的，即：若信道包含視距分量，則每用戶(hù)的發(fā)送功率仍可減小到原來(lái)的1/M，若信道中無(wú)視距分量，即瑞利信道，則每用戶(hù)的發(fā)送功率只能減小到原來(lái)的1/√M。
　　其次，研究了萊斯信道下多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的頻譜性能，給出了導(dǎo)頻污染消除方法。在萊斯信道下的多

4、小區(qū)多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中，分別在基站獲知理想和非理想信道狀態(tài)信息的條件下，探索了加入視距分量對(duì)系統(tǒng)性能的影響。理論研究表明，小區(qū)性能可隨視距分量比例的提升而提升。特別是在基站獲知非理想信道狀態(tài)信息時(shí)，視距分量比例或基站天線(xiàn)數(shù)增加至一定程度后，小區(qū)速率都會(huì)在導(dǎo)頻污染影響下趨向于某個(gè)固定值。但若兩者同時(shí)增大，小區(qū)速率可無(wú)限提升。這表明當(dāng)基站天線(xiàn)數(shù)和視距分量比例都加大時(shí)，小區(qū)中的所有干擾和噪聲都被消除，導(dǎo)頻污染隨之消失。本文也同時(shí)研究了多小區(qū)

5、環(huán)境下的用戶(hù)功率縮減特性，其結(jié)論與單小區(qū)場(chǎng)景保持一致。
　　最后，研究了多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的功率控制機(jī)制。本文提出了一種低復(fù)雜度的調(diào)度式功率分配機(jī)制，即在某個(gè)時(shí)隙中，只有相互之間干擾可忽略不計(jì)的小區(qū)可同時(shí)調(diào)整功率。此機(jī)制將相互干擾強(qiáng)烈的小區(qū)放入不同的時(shí)隙執(zhí)行功控，從而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成了單個(gè)小區(qū)的優(yōu)化問(wèn)題，復(fù)雜度大大降低。在此基礎(chǔ)上，本文分別給出了上下行鏈路功率控制方案。通過(guò)仿真可得，在實(shí)際中較多采用的中小規(guī)模天