大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代信息社會(huì)數(shù)據(jù)、視頻等高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，移動(dòng)通信系統(tǒng)需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。為了滿足這些需求，在無(wú)線頻譜資源日趨緊張、發(fā)射功率受限的環(huán)境下，大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系統(tǒng)由于其顯著提升系統(tǒng)頻譜效率和功率效率以及魯棒性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。大規(guī)模MIMO的性能很大程度上取決于基站是否能精確獲取當(dāng)前上下行鏈路的信道狀態(tài)信息(Channel Stat

2、e Information，CSI)。實(shí)際無(wú)線通信系統(tǒng)常用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確及時(shí)獲取CSI。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)基站端天線數(shù)達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百以上，導(dǎo)頻污染、導(dǎo)頻資源消耗以及導(dǎo)頻功率等問(wèn)題限制了系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升。本論文針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)和信道估計(jì)技術(shù)的研究。
　　本論文首先簡(jiǎn)要介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模型以及導(dǎo)頻污染問(wèn)題，詳細(xì)闡述了上行鏈路導(dǎo)頻傳輸以及上下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，說(shuō)明了當(dāng)基站天線數(shù)趨于無(wú)窮

3、大時(shí)，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸信干比(Signal-to-Interference Ratio，SIR)主要受導(dǎo)頻污染的影響。
　　然后，論文針對(duì)基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度開(kāi)展研究和仿真分析。大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的各用戶通常具有不同的移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)的信道相干時(shí)間不同，因此需要發(fā)送導(dǎo)頻的間隔不同。根據(jù)該特點(diǎn)將小區(qū)分組，提出一種基于相干時(shí)間的導(dǎo)頻調(diào)度方案。仿真結(jié)果顯示該導(dǎo)頻調(diào)度方法可以有效降低導(dǎo)頻污染，提高整體用戶的可達(dá)速率。
　　

4、其次，論文重點(diǎn)研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻資源消耗問(wèn)題。利用大規(guī)模MIMO系統(tǒng)信道的近似正交性，采用串行干擾抵消(Successive Interference Cancellation，SIC)輔助的信道估計(jì)方法，提出一種半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)，并從理論和仿真兩個(gè)方面分別比較了采用半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的性能。分析表明采用該半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的上下行鏈路數(shù)據(jù)能夠被準(zhǔn)確檢測(cè)。特別地，論文對(duì)采用該半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的

5、系統(tǒng)在極限信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)情況的漸近性能進(jìn)行了分析，從理論上證明在信噪比較高和較低兩種情況下，論文提出的半正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)能夠使系統(tǒng)獲得比采用傳統(tǒng)正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)時(shí)更好的性能。仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論。
　　最后，論文從導(dǎo)頻功率角度出發(fā)研究了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)問(wèn)題，分析討論了使用最大比合并(Maximum Ratio Combining，MRC)和迫零(Zero-Forcing,

6、 ZF)兩種接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行鏈路傳輸過(guò)程中導(dǎo)頻功率和數(shù)據(jù)功率以及導(dǎo)頻長(zhǎng)度的優(yōu)化分配。論文介紹了基于MRC接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻功率分配問(wèn)題，并開(kāi)展討論和仿真研究。此外，論文推導(dǎo)了基于ZF接收機(jī)的系統(tǒng)總頻譜效率下界，研究了基于ZF接收機(jī)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的導(dǎo)頻功率和導(dǎo)頻長(zhǎng)度分配問(wèn)題，得出最佳的導(dǎo)頻長(zhǎng)度等于用戶數(shù)的結(jié)論。仿真結(jié)果表明論文提出的導(dǎo)頻功率分配方案可以有效提高系統(tǒng)性能，當(dāng)平均發(fā)射功率較低時(shí)，需要把更多的功