大規(guī)模MIMO天線陣列放置和發(fā)送技術(shù)研究.pdf

1、大規(guī)模MIMO(Massive MIMO，mMIMO)技術(shù)被認(rèn)為是第五代移動(dòng)通信(5G)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究結(jié)果證明大規(guī)模MIMO在提升系統(tǒng)容量、頻譜效率和功率效率方面有著極大的作用。大規(guī)模數(shù)量的天線陣列放置有多種方法，三維的扇區(qū)劃分更加需要三維的大規(guī)模天線陣列來(lái)服務(wù)。如何在有限的空間資源下有效放置天線是大規(guī)模MIMO中的關(guān)鍵問(wèn)題。無(wú)線資源始終是有限的，因此要在有限的無(wú)線資源下滿足飛速增長(zhǎng)的吞吐量需求是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題

2、。研究證明將單個(gè)小區(qū)劃分成為多個(gè)扇區(qū)是極為有效和簡(jiǎn)單的提升系統(tǒng)容量的方法。但是隨著扇區(qū)數(shù)量的增多，空間復(fù)用帶來(lái)的系統(tǒng)性能增益逐漸減小，這是由于多扇區(qū)之間的信號(hào)干擾造成的。因此如何合理的劃分扇區(qū)范圍以及消除扇區(qū)之間的波束干擾問(wèn)題，是大規(guī)模MIMO扇區(qū)系統(tǒng)的工程應(yīng)用中的關(guān)鍵。
　　本文主要基于大規(guī)模MIMO技術(shù)，探索了三維大規(guī)模天線放置方法，智能三維扇區(qū)劃分方法以及扇區(qū)之間的干擾協(xié)調(diào)方法。三維大規(guī)模MIMO天線放置研究中，比較了三種不

3、同三維天線放置下的系統(tǒng)性能，比較得出較為優(yōu)良的放置方法。接著，創(chuàng)新性的將機(jī)器學(xué)習(xí)中的聚類(lèi)算法應(yīng)用到扇區(qū)劃分當(dāng)中，提出了一種垂直維度和水平維度的三維扇區(qū)智能劃分方法，用以提升多扇區(qū)系統(tǒng)的平均吞吐量。此外，針對(duì)多扇區(qū)干擾問(wèn)題，提出了基于參考信號(hào)接收功率(RSRP)的聯(lián)合傳輸?shù)纳葏^(qū)邊緣用戶干擾消除方法。基于RSRP選擇受到干擾較大的用戶作為聯(lián)合傳輸用戶，選擇干擾較強(qiáng)的扇區(qū)基站作為聯(lián)合傳輸基站，對(duì)用戶進(jìn)行聯(lián)合傳輸，從而改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率。論

4、文主要討論的內(nèi)容如下:
　　1)分析對(duì)比了三面體共形陣列，四面體共形陣列和圓柱體共形陣列的系統(tǒng)性能。并通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果分析，得出了圓柱體共形陣列是在相同的空間資源限制下較為理想的放置方法，為后面的三維扇區(qū)劃分研究奠定工程基礎(chǔ)。
　　2)通過(guò)分析傳統(tǒng)的固定扇區(qū)劃分方法，提出了固定扇區(qū)劃分所存在的問(wèn)題。接著提出了基于聚類(lèi)算法的智能扇區(qū)劃分算法。該種方法可以根據(jù)用戶位置信息，智能地將小區(qū)中用戶分組，根據(jù)每個(gè)用戶組的位置信息求解服務(wù)該

5、用戶組的扇區(qū)波束指向和寬度，計(jì)算最優(yōu)波束賦形矩陣，使得絕大部分用戶處在扇區(qū)中心接受服務(wù)。以此進(jìn)一步提升系統(tǒng)的吞吐量。
　　3)在多小區(qū)大規(guī)模MIMO多扇區(qū)系統(tǒng)中，單個(gè)小區(qū)采用三維扇區(qū)劃分。在工程實(shí)踐當(dāng)中，內(nèi)外扇區(qū)之間和相鄰小區(qū)之間的波束會(huì)產(chǎn)生干擾。因此，文中提出了一種基于RSRP的聯(lián)合傳輸(CoMP-JT)的扇區(qū)間干擾消除方法。通過(guò)選擇受到干擾較強(qiáng)的扇區(qū)邊緣用戶，選擇對(duì)用戶干擾較強(qiáng)的扇區(qū)基站，通過(guò)基站之間的時(shí)頻資源同步，共同向扇區(qū)