大規(guī)模天線系統(tǒng)波束成形方法的研究.pdf

1、大規(guī)模天線技術(shù)是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)中最具前景的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比于傳統(tǒng)的多天線技術(shù)具有傳輸速率高，能源效率（能效）和頻譜效率（譜效）高等諸多優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線系統(tǒng)的高能效和譜效的性能優(yōu)勢(shì)，基站（Base Station，BS）采用合適的波束成形算法非常關(guān)鍵。目前，對(duì)下行大規(guī)模天線系統(tǒng)的研究大多集中在理想的信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）情況下，以接收端為單

2、天線場(chǎng)景研究，不考慮時(shí)延、量化誤差等因素的影響，在基站端進(jìn)行波束成形。由于擁有多天線的智能終端越來(lái)越多，用戶終端的天線數(shù)目在逐漸增加，因此，這樣的設(shè)計(jì)方法會(huì)影響系統(tǒng)的魯棒性。
　　本課題對(duì)大規(guī)模天線系統(tǒng)展開(kāi)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，通過(guò)對(duì)常見(jiàn)的信道模型如SCM（Spatial Channel Model）、WINNER（Wireless World Initiative New Radio）II信道模型的研究，構(gòu)建

3、了大規(guī)模天線系統(tǒng)的仿真環(huán)境，為大規(guī)模天線系統(tǒng)性能分析以及波束成形的實(shí)施和算法優(yōu)化提供了基礎(chǔ)保障；
　　其次，在所構(gòu)建的大規(guī)模系統(tǒng)仿真環(huán)境下，考慮單小區(qū)多用戶的情況，利用塊對(duì)角化（Block Diagonalization，BD）波束成形算法對(duì)下行大規(guī)模天線系統(tǒng)的能效進(jìn)行了分析，并推導(dǎo)出了系統(tǒng)能效與譜效關(guān)系的閉式表達(dá)式，得到了能效與小區(qū)半徑、基站的發(fā)射天線數(shù)的關(guān)系。通過(guò)仿真驗(yàn)證了合理的設(shè)置頻譜效率工作點(diǎn)、增加基站的發(fā)射天線數(shù)以及減小

4、小區(qū)半徑都可以增強(qiáng)系統(tǒng)能效的結(jié)論；
　　最后，在所構(gòu)建的大規(guī)模系統(tǒng)仿真環(huán)境下，針對(duì)多小區(qū)協(xié)作的場(chǎng)景，在分析了量化誤差以及傳輸開(kāi)銷時(shí)延對(duì)系統(tǒng)容量損失影響的基礎(chǔ)上，綜合考慮估計(jì)誤差、量化誤差以及開(kāi)銷時(shí)延等因素，利用收發(fā)端干擾對(duì)齊的技術(shù)，在MMSE（Minimum Mean Square Error）準(zhǔn)則下，通過(guò)發(fā)送端的波束成形矩陣，使多個(gè)發(fā)送用戶的干擾在接收端重疊在一起，然后利用接收矩陣對(duì)干擾進(jìn)行處理。仿真驗(yàn)證表明，基于多點(diǎn)協(xié)作（Co