大规模MIMO波束赋形的研究及其在高铁场景下的应用

摘要

随着现代化信息时代的来临，通信技术在我们人类的日常生活中占据了非常重要的地位,人们对通信质量的要求也越来越高。大规模MIMO波束赋形技术的产生及应用，使得通信系统的覆盖范围扩大，系统容量提升，传输速率加快，传输可靠性增强。这项技术与我国高速发展的高速铁路通信产业十分契合，我国高速铁路规模巨大，对通信的需求也日益增加，所以研究大规模MIMO技术在高铁场景下的应用具有十分重要的现实意义。本文主要研究了大规模MIMO波束赋形技术的原理，特性以及在高铁场景下的应用。　　首先，本文介绍了大规模MIMO波束赋形技术的研究背景和现状。然后介绍了大规模天线阵列的基础理论，以直线阵为基础，描述了阵列远场电场与阵元因子和阵因子的关系。分别对常见的几种天线阵列进行了阵因子的推导，并且引入加权的概念，在此基础上继续推导了各个天线阵列的阵列响应矩阵，为之后波束赋形技术的研究奠定了基础。　　下一步介绍了波束赋形技术的基础理论，研究了波束赋形的一般系统模型和一般权值确定的准则，选取了最具代表性的最大信噪比准则以及最小均方误差准则来进行分析，展示了波束赋形最优权值形成的一般过程。此外，对线性约束最小方差算法(LCMV)和线性约束特征干扰相消算法(LCEC)在干扰抑制方面的效果进行了性能分析。　　最后研究了大规模MIMO波束赋形技术在高铁场景下的应用。首先对高铁场景下大规模MIMO波束赋形模型进行了研究，分别描述了多天线发送单天线接收和多天线发送多天线接收的模型，并根据单天线接收模型的各项参数的推导，对多天线接收模型的各类参数实现了一般性推导。然后依据系统容量最大的标准，设计了一种波束选择算法，主要针对列车运行的位置进行最优波束子集以及各个波束子集所对应的发射天线数目的确定，最后仿真结果表明列车在距离基站较近时，多流波束赋形的优势明显，远离基站时，自适应的波束选择也能保持最大的系统容量。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容及结构

第2章 大规模天线阵列基本理论

2.1引言

2.2 阵列模型

2.2.1 直线阵

2.2.2 天线阵加权

2.2.3 波束调向的加权天线阵

2.2.4 圆阵、矩形平面阵及其波束调向阵

2.3 本章小结

第3章 波束赋形技术

3.1 引言

3.2 波束赋形系统模型

3.3 权值确定准则

3.3.1 最大信噪比准则

3.3.2 最小均方误差算法

3.3.3 LCMV算法和LCEC算法

3.4 本章小结

第4章 高铁场景下MIMO波束赋形应用研究

4.1引言

4.2 智能天线

4.2.1 波束转换技术

4.2.2 自适应处理技术

4.3 高铁场景下自适应多波束赋形

4.3.1 信号模型的建立

4.3.2系统容量的确定

4.3.3 自适应波束选择算法原理

4.3.4仿真分析

4.3.5结论

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及承担的科研项目