随机波束赋形在MIMO中的应用研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目随机波束赋形在MIMO中的应用研究学科专业通信与信息系统学号201221260302作者姓名武龙指导教师张忠培教授分类号密级注1UDC学位论文随机波束赋形在MIMO中的应用研究（题名和副题名）武龙（作者姓名）指导教师张忠培教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业通信与信息系统提交论文日期2015.05.18论文答辩日期2015.05.27学位授予单位和日期电子科技大学201

2、5年06月28日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。THEAPPLICATIONOFRANDOMBEAMFORMINGINMIMOSCENARIOSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CommunicationandInformationSystemsAuthor:WuLongAdvisor:ProfessorZhangZhongpeiSchool:NationalKeyLaboratoryofScienceandTechno

3、logyonCommunications--独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论

4、文的全部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、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：年月IV摘要摘要现在4G蜂窝技术已经开始广泛的部署在世界各地，而第五代（5G）移动无线通信技术成为了新兴的研究领域。大规模MIMO的应用成为5G技术的一个热门领域，跟传统的MIMO技术相比，大规模MIMO可以在基站使用更多的天线，并且在终端共享更多的吞吐增益。但是由于基站数量巨大的低功率小天线的存在，需要反馈的信道状态信息（CSI）量很大，预编码算法的选择将很大程度的影响系统性能。RBF作为一种需求CSI较少的预编码方

5、案在大规模MIMO中具有很大的潜力。在单蜂窝小区内，随机波束赋形（RBF）已经得到广泛的研究，本文首先通过建立模型分析了RBF具有较好的利用空分增益，服务大量用户，对CSI反馈量的需求低，系统实现复杂度较低的优点。之后本文通过仿真来比较不同发射波束数对RBF性能的影响，得到在不同信道环境下，基站合理选择发射波束数可使系统性能得到很大提升。本文还提出多波束选择（MBS）算法，其核心思想是通过合理分配功率来提高能量利用效率，最大限度提升系统性能。本文还给出了RBF的2推广形式PURC与ZFBF之间的比较，在无法获得完整CSI的多用户MIMO场景2中，PURC只需要反馈每个用户

6、的SINR和其对应每个波束的索引值，实现复杂2度低，并具有较好的性能，但是随着用户数减少，PURC的性能会急剧下降。之后本文深入介绍了RBF算法在多蜂窝小区MIMO系统中的建模，基站采用RBF预编码算法，接收机分别设置为最小均方误差算法（MMSE）、迫零算法（ZF），和天线选择算法（AS）的机制，通过设计这三种不同的用户接收机来降低小区内和小区间的干扰；最后通过仿真得到MMSE空分接收机性能最好，但是复杂度最高；ZF次之，实现起来也较容易；而AS的性能最差，也最容易实现，文中给出多种算法验证该结论。本文最后分析了大规模MIMO场景中预编码的应用，比较了迫零（ZF）预编码算

7、法和匹配滤波器（MF）预编码算法在边缘小区用户和中心小区用户可以达到的性能。在研究RBF在大规模MIMO中应用时，通过K-Means聚类算法和K-Medoids聚类算法来对小区用户进行分组，并通过仿真验证，两种聚类算法算法复杂度相近，但是K-Medoids算法可实现的性能要优于K-Means算法。关键词：大规模MIMO，随机波束赋形，干扰抑制，用户选择IABSTRACTABSTRACTWith4Gcellulartechnologynowbeginningtobedeployedwidelyaroundtheworld,the