下一代移动通信系统中大规模mimo技术研究

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1、学校代码：10385分类号:研究生学号：1100201030密级:硕士学位论文下一代移动通信系统中大规模MIMO技术研究ResearchonMassiveMIMOTechnologyinNextGenerationMobileCommunicationSystem作者姓名：李菊芳指导教师：张海讲师学科：信息与通信工程研究方向：移动通信MIMO技术所在学院：信息科学与工程学院论文提交日期：二零一四年三月二十八日万方数据学位论文独创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文

2、写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。论文作者签名：签名日期：学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权华侨大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：指导教师签名：签名日期：签名日期：万方数据摘要摘要随着用

3、户需求的不断提高，高速率、高质量的通信系统是新一代移动通信技术的研究目标。以多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput,MIMO）为代表的多天线技术是目前公认的实现上述目标的最佳途径。然而在实际系统中，由于严重的小区间干扰和更高的数据传输要求，人们的研究焦点开始转向大规模MIMO技术，即在基站端采用大规模天线阵列（天线数超过十根，甚至上百根），且在同一时频资源内服务多个用户的多天线技术。与传统MIMO技术相比，该技术不仅可以显著提高系统频谱效率、改善通信质量，而且可以有

4、效降低干扰消除的复杂度及基站发送功率。本文研究了大规模MIMO技术的频谱效率、能量效率，及其应用于异构网络时的系统性能。首先，运用随机矩阵理论，分别研究了大规模MIMO技术在单小区、多小区下行链路系统中，当天线数趋于无穷大时，最大比传输（MRT）和迫零（ZF）单位预编码的极限性能，以及系统频谱效率的闭合表达式。其次，通过理论推导和MATLAB仿真，分析了两种预编码能量效率与天线数及发送功率的关系。最后，通过对比三种不同双工方式，给出大规模MIMO技术应用于异构网络时的性能分析。研究结果表明：（1

5、）在基站已知完全信道状态信息（CSI）的条件下，当基站发送功率减小到单天线基站的1M时，随着基站天线数M的无限增加，系统频谱效率趋于恒定，并且MRT单位预编码的极限表达式与ZF单位预编码相同。因此基站可以采用简单的MRT预处理来消除用户间、小区间干扰以及快衰落影响。（2）当基站已知有限CSI时，小区间干扰因受CSI估计的影响不能完全消除，但随着发送功率的降低，系统将由干扰受限转变为噪声受限。（3）系统能量效率随天线数的增加逐渐提高，而随发送功率的增加逐渐减小，因此大规模MIMO技术可以通过增加天

6、线数、降低发送功率来提高能量效率。（4）在异构网络中，当宏蜂窝采用传统多天线技术、微蜂窝采用大规模MIMO技术，并且系统采用频段分离的TDD工作方式时，系统不仅可以满足下一代移动通信系统中高速率通信需求，还可以有效避免异构网络中的小区间干扰。关键词：大规模MIMO单位预编码频谱效率能量效率异构网络I万方数据华侨大学硕士学位论文AbstractWiththeincreaseofuserrequirements,highdata-rate,high-qualitycommunicationsyste

7、mbecometheresearchobjectofthenewgenerationmobilecommunicationtechnology.Multipleantennatechnologycharacterizedbymultipleinputmultipleoutput(MIMO)isrecognizedasthebestapproachtoachievetheabovegoals.Inthepracticalsystem,however,duetothedemandofhighdata

8、rateandseriousinter-cellinterference,theresearchworkfocusonthemassiveMIMOtechnology,whichemploylarge-scaleantennaarrayinbasestation(BS).Theantennanumberinthistechnologyisusuallymorethanten,orevenhundred,andcanservemultipleuserswithinthesametime-frequ