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高速移动下的大规模MIMO系统预编码研究
| 论文题名： | 高速移动下的大规模MIMO系统预编码研究 |
| 关键词： | 大规模MIMO;预编码;波束成形;干扰对齐;移动全球通信系统;高速铁路 |
| 摘要： | 中国的高速铁路线总长和高速铁路网的规模目前在全世界均排名第一，这意味着下一代高铁无线通信面临着更加严峻的考验。目前中国铁路通信使用的铁路移动全球通信系统(Global System for Mobile Communications-Railway)体系已不能满足高铁用户对高速移动互联网业务的需求。作为5G及未来宽带移动通信的核心技术，多入多出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)能在不增加额外系统带宽的情况下，通过在发射端和接收端利用多天线技术，在空间上提供分集增益与复用增益，从而实现大容量无线传输。 由于采用多天线技术，不同数据流间、子载波间与不同用户间不可避免地存在干扰，这就需要在接收端使用更复杂的检测方法来恢复原数据。而在实际中，检测技术设计受到功耗与终端尺寸的限制，同时其高成本与高复杂度使得检测技术的应用具有局限性。利用基站预编码技术，可以解决上述问题，同时消除多用户间的干扰，并简化接收端检测。 本文针对高速移动场景下的预编码技术展开研究，主要工作如下： 首先介绍了MIMO系统预编码的技术原理和实现方式，并分析了高速移动信道的特性，基于此提出了一种高速场景下基于到达角(Direction of Arrival, DoA)的大规模MIMO波束成形设计。同时，为了保障高铁在运行过程中获得最佳的系统容量，提出了一种迭代的最优多波束选择方法。该方法能实时跟踪高铁不同的移动车厢终端(Mobile Carriage Terminals, MCT)，能自适应选择不同波束所需的发射天线数和自适应调节波束总数目，且不需要信道状态信息(Channel State Information, CSI)，从而降低系统复杂度并节省开销。仿真结果表明，所提的方法能有效地适应高速移动场景，提高系统容量。 在实际的高铁通信系统中，列车运行的方向具有固定性，运行速度具有可预测性，因而在发射端可以通过反馈方式获取不完美的CSI矩阵，可对CSI信息加以利用。为了增加高速移动场景下通信系统的总容量，本文还提出基于 CSI将干扰对齐与所提的自适应波束成形技术相结合，首先对 CSI建模以补偿高速下 CSI的不准确性，然后将大规模MIMO天线分成两组，采用将干扰信号对齐到零空间的思想，以消除各组天线之间的干扰，增加了有限空间的自由度。仿真结果表明，该方法可以在自适应波束成形技术的基础上，进一步地增加系统容量。 |
| 作者： | 李瑜锋 |
| 专业： | 电子科学与技术 |
| 导师： | 杨士中;廖勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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