大规模MIMO系统上行链路天线选择研究

摘要

大规模MIMO通过在基站侧配置大规模天线阵列，获得大量空间自由度，利用相同时频资源为多用户提供服务，且每个用户可选择接入多根天线，既能增大用户连接密度，又能提升能量效率和系统容量。尽管大规模MIMO技术极具应用潜力，但也面临诸多挑战。首先，受限于天线阵列结构和体积等因素，天线单元之间可能存在空间相关性，特别是在上行链路，由于基站天线空间隔离度不够导致的各向异性会影响基站侧的所有分集支路。其次，由于无线传输信道环境的复杂多变以及信号处理性能等因素，会造成信道估计误差，进而降低系统容量。因此，在设计大规模MIMO系统时，应充分考虑天线空间相关性和不完美信道估计等影响因素。
　　本文研究和设计大规模MIMO系统上行链路天线选择方案，分别针对单天线多用户和多天线多用户应用场景，考虑天线之间存在空间相关性，且信道状态估计存在误差，通过在基站侧分析信道矩阵存在的稀疏性，采用最优化技术执行天线选择。
　　①针对单天线多用户大规模MIMO系统上行链路天线选择，设计两种天线选择方案：基于多用户整体的天线选择和基于多用户个体的天线选择。基于稀疏恢复算法分别就两种天线选择方案建立天线空间不相关下的天线选择、天线空间相关下的天线选择和天线空间相关+信道估计误差下的天线选择优化模型，并采用ROMP算法求解。将提出的天线选择方案与基于OMP的天线选择方案和基于MRC的全天线选择方案进行对比仿真分析,评估了其性能。
　　②针对多天线多用户大规模MIMO系统上行链路天线选择，从多天线单用户天线选择入手，将天线选择归为两种类型：基于多发射天线整体的天线选择和基于多发射天线个体的天线选择，分别建立天线空间不相关下的天线选择、信道估计误差与天线空间相关下的天线选择优化模型，基于ROMP算法求解。将提出的天线选择方案与基于MRC的全天线选择方案进行对比仿真分析，评估了其性能。

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目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及章节安排

2 大规模MIMO系统容量及天线选择相关技术

2.1 大规模MIMO系统容量分析

2.2 空间相关信道模型

2.3 不完美信道估计

2.4 接收分集

2.5 匹配追踪类算法

2.6本章小结

3 单天线多用户大规模MIMO系统上行链路天线选择

3.1不相关信道下的天线选择

3.2不完美信道估计与天线空间相关下的天线选择

3.3仿真测试与结果分析

3.4本章小结

4 多天线多用户大规模MIMO系统上行链路天线选择

4.1 多天线单用户下的天线选择

4.2多天线多用户下的天线选择

4.3仿真测试与结果分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献