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TD-HSPA+系统极化多天线技术性能研究

作　者: 陈明佳
导　师: 孙少凡
学　校: 北京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: TD-HSPA+ 多用户MIMO 正交极化系统级仿真
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 43次
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内容摘要

随着移动通信技术的迅速发展,人们对高速率和高质量的数据业务需求与日俱增。为了应对这一挑战,并实现系统平滑演进到时分双工长期演进(TDD-LTE)系统,3GPP在版本7(Release7)协议中引入了时分双工高速分组接入TD-HSPA的增强系统(TD-HSPA+)。多天线技术作为TD-HSPA+系统的关键技术之一,能够在有限的频谱资源条件下提高系统的频谱效率和传输可靠性,成为近年来研究的热点。本文针对TD-HSPA+上行单用户极化MIMO (SU-MIMO)以及下行多用户极化MIMO (MU-MIMO)传输方案进行理论分析,并搭建TD-HSPA+仿真平台进行验证。另外,针对链路级仿真的特殊性,提出适用于TD-HSPA+下行极化MU-MIMO的链路级信道模型,并给出了相应的仿真性能结果和分析。首先,本文介绍了TD-HSPA+系统上行极化SU-MIMO的基本原理和基本结构,详细推导了极化天线建模原理。对TD-HSPA+上行极化和非极化方案进行系统级仿真,并通过首传正确率,基站平均吞吐量等指标对以上方案进行性能评估和分析,重点对比了市区宏小区、市区微小区和郊区宏小区场景下的极化天线配置和传统线阵天线配置性能差异,给出TD-HSPA+上行极化MIMO的组网建议。其次,结合链路级仿真自身特点,设计TD-HSPA+链路级下行极化MU-MIMO的模型并阐述其原理,介绍8×2、8×4 MU-MIMO极化天线方案,并结合多种预编码方案进行详细的理论分析和链路级仿真实现,通过误块率,吞吐量等方面指标对以上方案进行性能评估和分析,对比极化天线配置和传统线阵天线配置性能差异。最后,提出基于SVD预编码算法和MAX C/I配对算法的TD-HSPA+系统级8×2下行极化MU-MIMO方案,对其进行详细的理论分析。对极化和非极化方案进行了详细的理论分析和系统级仿真实现,并通过首传正确率,基站平均吞吐量等方面指标对以上方案进行性能评估和分析,重点对比了市区宏小区和市区微小区场景下的极化天线配置和传统线阵天线配置性能差异。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 TD-SCDMA的演进和HSPA+技术  10-12
    1.1.1 TD-SCDMA关键技术与演进  10-11
    1.1.2 TD-HSPA+关键技术  11-12
  1.2 多天线技术与极化天线  12-14
    1.2.1 MIMO技术  13-14
    1.2.2 极化天线技术  14
  1.3 论文的创新点  14-15
  1.4 论文的内容安排  15-16
第二章 TD-HSPA+上行极化MIMO性能研究  16-26
  2.1 TD-HSPA+系统极化天线基本原理  16-19
    2.1.1 极化天线建模  16-17
    2.1.2 极化天线原理  17-19
  2.2 系统级平台设计  19-23
    2.2.1 系统级仿真参数设置  20-21
    2.2.2 基于检测后信干噪比的接口设计  21-23
  2.3 仿真结果评估分析  23-25
    2.3.1 吞吐量  23-24
    2.3.2 首传正确率  24
    2.3.3 用户CIR分布  24-25
  2.4 小结及TD-HSPA+系统上行极化MIMO组网建议  25-26
第三章 TD-HSPA+下行极化MU-MIMO的链路性能评估  26-45
  3.1 空间复用和分集  26-28
    3.1.1 空间复用技术  26-27
    3.1.2 空间分集和接收  27-28
    3.1.3 TD-HSPA+中的MU-MIMO基本结构  28
  3.2 极化天线建模方法  28-33
    3.2.1 信道模型  28-30
    3.2.2 信道相关性矩阵的构造与信道响应  30-33
  3.3 信道估计  33-35
    3.3.1 信道估计算法  33
    3.3.2 信道估计性能评估  33-35
  3.4 预编码算法  35-37
    3.4.1 ZF预编码  35
    3.4.2 BD预编码  35-36
    3.4.3 RBD预编码  36-37
    3.4.4 SVD预编码  37
  3.5 联合检测  37-39
  3.6 链路级仿真参数和流程  39-41
    3.6.1 仿真参数  39-40
    3.6.2 仿真流程  40-41
  3.7 多方案极化天线配置性能仿真评估  41-44
    3.7.1 天线配置  41
    3.7.2 仿真结果及分析  41-44
      3.7.2.1 误块率(BLER)  41-42
      3.7.2.2 吞吐量  42-43
      3.7.2.3 MCS选择概率  43-44
  3.8 小结  44-45
第四章 TD-HSPA+系统级极化MU-MIMO方案和仿真评估  45-64
  4.1 极化天线建模原理及相关参数  45-46
    4.1.1 极化天线建模原理  45-46
    4.1.2 天线增益  46
    4.1.3 交叉极化鉴别度(XPD)  46
  4.2 MU-MIMO用户调度策略  46-50
    4.2.1 LTE MU-MIMO预编码调度方案  46-48
    4.2.2 TD-HSPA+MU-MIMO预编码调度方案  48-50
  4.3 MU-MIMO系统级仿真平台设计  50-52
    4.3.1 系统级仿真参数假设  50-52
      4.3.1.1 系统级仿真参数及信道建模  50-51
      4.3.1.2 仿真场景  51-52
  4.4 8×2 MU-MIMO极化联合赋形方案和仿真评估  52-59
    4.4.1 8×2 MU-MIMO极化天线配置  52-53
    4.4.2 链路级仿真结果及MCS表格  53-54
    4.4.3 基于SVD分解的8×2 MU-MIMO极化联合赋形方案原理  54-56
    4.4.4 仿真结果及分析  56-59
      4.4.4.1 首传正确率  57-58
      4.4.4.2 基站的平均吞吐量  58-59
  4.5 8×2 MU-MIMO极化分组赋形方案和仿真评估  59-63
    4.5.1 8×2 MU-MIMO极化天线配置  59
    4.5.2 8×2 MU-MIMO极化分组赋形方案原理  59-61
    4.5.3 仿真结果及分析  61-63
      4.5.3.1 首传正确率  62
      4.5.3.2 基站的平均吞吐量  62-63
  4.6 小结  63-64
第五章结束语  64-67
  5.1 研究工作小结  64-66
  5.2 下一步的研究方向  66-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
攻读学位期间发表的学术论文目录  70

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