面向5G的大規(guī)模MIMO無線傳輸技術研究.pdf

1、隨著人們對高速率、高質量無線通信需求的飛速增長，預計2020年通信需求量將達到目前的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通信技術(5G)應運而生，并迅速引起了人們的廣泛關注，而大規(guī)模MIMO正是其中最主要的技術手段之一。本論文針對實際應用場景，關注了更具一般性的萊斯信道，分析了大規(guī)模MIMO相對于傳統(tǒng)MIMO的容量提升程度，給出了其發(fā)送功率縮減特性及導頻污染消除方法等創(chuàng)新性結論。同時，也提出了一種適用于多小區(qū)

2、的低復雜度功率控制機制，并在此基礎上分析了大規(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，分析了系統(tǒng)的上行可達速率，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，當基

3、站天線數(shù)(M)趨向于無窮大時，不論在哪一種接收機下，每用戶的發(fā)送功率均可減小到原來的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，用戶可縮減的功率比例是與信道狀態(tài)相關的，即：若信道包含視距分量，則每用戶的發(fā)送功率仍可減小到原來的1/M，若信道中無視距分量，即瑞利信道，則每用戶的發(fā)送功率只能減小到原來的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，給出了導頻污染消除方法。在萊斯信道下的多

4、小區(qū)多用戶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，視距分量比例或基站天線數(shù)增加至一定程度后，小區(qū)速率都會在導頻污染影響下趨向于某個固定值。但若兩者同時增大，小區(qū)速率可無限提升。這表明當基站天線數(shù)和視距分量比例都加大時，小區(qū)中的所有干擾和噪聲都被消除，導頻污染隨之消失。本文也同時研究了多小區(qū)

5、環(huán)境下的用戶功率縮減特性，其結論與單小區(qū)場景保持一致。
　　最后，研究了多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)下的功率控制機制。本文提出了一種低復雜度的調度式功率分配機制，即在某個時隙中，只有相互之間干擾可忽略不計的小區(qū)可同時調整功率。此機制將相互干擾強烈的小區(qū)放入不同的時隙執(zhí)行功控，從而整個網(wǎng)絡的聯(lián)合優(yōu)化問題轉化成了單個小區(qū)的優(yōu)化問題，復雜度大大降低。在此基礎上，本文分別給出了上下行鏈路功率控制方案。通過仿真可得，在實際中較多采用的中小規(guī)模天