下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中大規(guī)模MIMO技術(shù)研究.pdf

1、隨著用戶需求的不斷提高,高速率、高質(zhì)量的通信系統(tǒng)是新一代移動(dòng)通信技術(shù)的研究目標(biāo)。以多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)為代表的多天線技術(shù)是目前公認(rèn)的實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的最佳途徑。然而在實(shí)際系統(tǒng)中,由于嚴(yán)重的小區(qū)間干擾和更高的數(shù)據(jù)傳輸要求,人們的研究焦點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向大規(guī)模MIMO技術(shù),即在基站端采用大規(guī)模天線陣列(天線數(shù)超過十根,甚至上百根),且在同一時(shí)頻資源內(nèi)服務(wù)多個(gè)用戶的多天線技術(shù)。與傳統(tǒng)MI

2、MO技術(shù)相比,該技術(shù)不僅可以顯著提高系統(tǒng)頻譜效率、改善通信質(zhì)量,而且可以有效降低干擾消除的復(fù)雜度及基站發(fā)送功率。
　　本文研究了大規(guī)模MIMO技術(shù)的頻譜效率、能量效率,及其應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的系統(tǒng)性能。首先,運(yùn)用隨機(jī)矩陣?yán)碚?分別研究了大規(guī)模MIMO技術(shù)在單小區(qū)、多小區(qū)下行鏈路系統(tǒng)中,當(dāng)天線數(shù)趨于無窮大時(shí),最大比傳輸(MRT)和迫零(ZF)單位預(yù)編碼的極限性能,以及系統(tǒng)頻譜效率的閉合表達(dá)式。其次,通過理論推導(dǎo)和MATLAB仿真,分析

3、了兩種預(yù)編碼能量效率與天線數(shù)及發(fā)送功率的關(guān)系。最后,通過對比三種不同雙工方式,給出大規(guī)模MIMO技術(shù)應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的性能分析。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)在基站已知完全信道狀態(tài)信息(CSI)的條件下,當(dāng)基站發(fā)送功率減小到單天線基站的1M時(shí),隨著基站天線數(shù)M的無限增加,系統(tǒng)頻譜效率趨于恒定,并且MRT單位預(yù)編碼的極限表達(dá)式與ZF單位預(yù)編碼相同。因此基站可以采用簡單的MRT預(yù)處理來消除用戶間、小區(qū)間干擾以及快衰落影響。

4、r>　　(2)當(dāng)基站已知有限CSI時(shí),小區(qū)間干擾因受CSI估計(jì)的影響不能完全消除,但隨著發(fā)送功率的降低,系統(tǒng)將由干擾受限轉(zhuǎn)變?yōu)樵肼暿芟蕖?br>　　(3)系統(tǒng)能量效率隨天線數(shù)的增加逐漸提高,而隨發(fā)送功率的增加逐漸減小,因此大規(guī)模MIMO技術(shù)可以通過增加天線數(shù)、降低發(fā)送功率來提高能量效率。
　　(4)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)宏蜂窩采用傳統(tǒng)多天線技術(shù)、微蜂窩采用大規(guī)模MIMO技術(shù),并且系統(tǒng)采用頻段分離的TDD工作方式時(shí),系統(tǒng)不僅可以滿足下一代