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《北京邮电大学》 2011年
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分布式天线系统中信道测量和MIMO传输技术研究

熊飞  
【摘要】:针对现有蜂窝体系结构提出的分布式天线系统,在改善小区边缘用户的服务质量等级、增加系统吞吐率、提升系统空间复用性能等方面具有显著优势。因此为了合理开发频谱资源以适应未来不断提高的业务数据速率,以及优化网络结构以用于未来无线数据接入的需要,对分布式信道传播特性进行研究,尤其是对分布式MIMO关键技术进行研究,具有重要的理论和现实意义。鉴于此,本论文以分布式网络架构下的信道测量为基础,围绕分布式MIMO技术展开分析和讨论,按照实地测量、参数提取、理论分析和仿真验证相结合的思路完成研究工作。 文章的主要研究内容和创新点包括: (1)对分布式天线系统信道传播特性进行的研究。通过开展大量信道测量实验,采集实际样本数据,掌握和分析信道变化过程,获得反映信道真实传播特性的参数,包括:分布式系统的路径损耗、穿透损耗、跨层损耗、阴影衰落、均方根时延扩展、平均附加时延扩展、最大时延扩展等。 (2)对分布式天线系统MIMO传输技术进行的研究。 ●针对分布式天线系统在复合衰落信道下求解中断概率的问题,推导了复合衰落信道下Lognormal-Nakagatni-m/Lognormal-Rician分布的概率密度函数,给出分布式协作传输模式的信号-干扰噪声模型,并利用高斯契比雪夫(Gauss-Chebychev)函数和矩母函数(MGF)给出中断概率的求解方法。 ●针对分布式天线系统在相关性衰落信道下的特点,给出利用贝塞尔级数求解相关性衰落矩阵的通用方法,推导出拉普拉斯功率角度谱下的相关系数表达式,并克服了入射角度受限的约束。 ●为了利用分布式天线系统提供的空间自由度,给出分布式广义分层空时编码的收发机结构,并采用零度空间的基向量代替正交解集,可以同时获得复用增益和分集增益;同时为了降低接收机解码复杂度,采用分布式正交空时块码和球型译码算法,在相关性衰落信道下BER水平达到6.7×10-4,相比最大似然(ML)算法有11.7dB的性能改善。 (3)对分布式天线系统下的天线选择算法进行了研究。 ●为了提高分布式天线系统在相关性衰落信道下的容量性能,提出基于盖尔圆理论的分布式天线选择算法,在满足最小化信道条件数的同时,最大化信道增益方向上的投影向量。仿真结果表明,和基于Gharavi-Alkhansari天线选择算法相比,所提出的算法在相关性衰落信道下的遍历容量水平有10.3%的提高。 ●针对传统天线选择方法受限于收发端天线最小数目的限制,给出收-发端联合检测的分布式天线选择算法,根据容量增量最大化准则选出最优天线组合,同时应用矩阵分解定理使计算复杂度由O(MLK4)降低到O(MLK2),简化了计算流程。 (4)对分布式天线系统信道预测和功率分配算法进行了研究。 ●为了解决分布式天线系统的信道预测问题,基于Levinson-Durbin预测理论,给出前向-后向均方误差最小的信道预测算法。将全局最优问题转化为局部最优问题,使得到的误差在前后级递推过程中不进行累积,满足递推误差函数各级之间无耦合的要求。 ●针对用户运动状态下信道变化特点,提出基于信道预测的分布式功率分配算法,根据不同运动状态进行信道预测和功率补偿。仿真结果表明,所提出的功率优化分配算法对信道状况变化具有较好的适应能力。按照统计数据的残差、平均值和方差指标衡量,分别较等功率分配算法有31.54%,25.31%和26.08%的改善。 ●规划和开展了分布式功率分配算法的信道测量实验,并将预测路损注水算法与奇异值分解注水、等功率分配和预测路损比例分配算法进行了比较和分析,测量结果证明采用预测路损注水算法在单播模式和联播方式下都具有较好的容量性能。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN929.53;TN820

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