TD-HSPA+系统极化多天线技术研究

论文摘要

随着无线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日益增加。为了应对这一挑战,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+）。其中,多天线技术作为该增强系统的关键技术,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。本文主要研究和对比下行单用户MIMO （SU-MIMO）和多用户MIMO （MU-MIMO）中配置极化天线和不同天线数下传输方案的性能,并通过TD-HSPA+系统级仿真平台进行仿真分析和验证。首先,为了提高系统的吞吐量,在TD-HSPA+系统中引入8×2MIMO传输方案。本文提出了一种基于奇异值分解（SVD）的下行8×2 SU-MIMO预编码方案,并理论推导了该方案的基本原理,最后对比传统2×2 SU-MIMO方案,在TD-HSPA+系统级仿真平台进行仿真分析。其次,本文提出了一种基于最大载干比（MAX C/I）配对调度算法的MU-MIMO方案。基站根据用户前次反馈的信道质量指示（CQI）信息,通过MAX C/I算法选择调度的第一个用户,接下来轮循小区其它所有用户,将其信道与已调度的第一个用户配对后,通过SVD获取预编码矩阵,并计算经过预编码后的两个用户的容量和,选择容量和最大的用户作为此次调度的另一个用户。该方案在算法复杂度和系统吞吐量方面有良好的折衷。最后,考虑在不同天线上采用不同的极化方向,获取极化分集增益。本文提出了一种极化天线的系统级建模方法,以解决TD-HSPA+系统中极化性能研究无准确天线模型的问题。设计并对比8×2MIMO极化天线分组波束赋形和联合波束赋形方案的性能,重点对比了市区宏小区和市区微小区场景下极化天线配置和传统线阵天线配置性能差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 TD-SCDMA的演进和HSPA+技术
• 1.1.1 TD-SCDMA关键技术与演进
• 1.1.2 TD-HSPA+的关键技术
• 1.2 极化多天线技术简介
• 1.2.1 MIMO技术
• 1.2.2 极化天线技术
• 1.3 论文的创新点
• 1.4 论文的内容安排
• 第二章 TD-HSPA+系统SU-MIMO方案和仿真评估
• 2.1 空间复用和分集
• 2.1.1 空间复用技术
• 2.1.2 空间分集和接收
• 2.1.3 TD-HSPA+中的SU-MIMO基本结构
• 2.2 SU-MIMO系统级仿真平台设计
• 2.2.1 基于检测后信干噪比的接口设计
• 2.2.2 系统级仿真参数假设
• 2.2.2.1 系统级仿真参数及信道建模
• 2.2.2.2 链路级仿真结果及MCS接口
• 2.2.2.3 仿真场景
• 2.3 2×2 SU-MIMO方案和仿真评估
• 2.3.1 2×2 SU-MIMO天线配置
• 2.3.2 2×2 SU-MIMO方案原理
• 2.3.3 仿真结果及分析
• 2.3.3.1 首传正确率
• 2.3.3.2 基站的平均吞吐量
• 2.4 8×2 SU-MIMO方案和仿真评估
• 2.4.1 8×2 SU-MIMO天线配置
• 2.4.2 8×2 SU-MIMO方案原理
• 2.4.3 仿真结果及分析
• 2.4.3.1 首传正确率
• 2.4.3.2 基站的平均吞吐量
• 2.4.3.3 UE端SINR的CDF曲线
• 2.5 小结
• 2.5.1 2×2 SU-MIMO性能增益总结
• 2.5.2 8×2 MIMO天线性能增益总结
• 第三章 TD-HSPA+系统MU-MIMO方案和仿真评估
• 3.1 MU-MIMO系统仿真模型
• 3.1.1 系统模型
• 3.1.2 预编码算法
• 3.2 MU-MIMO用户调度策略
• 3.2.1 LTE MU-MIMO预编码调度方案
• 3.2.1.1 脏纸编码方案
• 3.2.1.2 每用户归一速率控制方案（PU2RC）
• 3.2.1.3 迫零预编码方案（ZF）
• 3.2.2 TD-HSPA+MU-MIMO预编码调度方案
• 3.3 8×2 MU-MIMO系统级性能仿真
• 3.3.1 首传正确率
• 3.3.2 基站平均吞吐量
• 3.3.3 UE端SINR的CDF曲线
• 3.4 小结
• 第四章 极化天线建模和系统级性能仿真评估
• 4.1 极化天线模型
• 4.1.1 极化天线建模原理
• 4.1.2 天线增益
• 4.1.3 交叉极化鉴别度（XPD）
• 4.2 2×2 MIMO极化天线配置和性能仿真
• 4.2.1 2×2 MIMO极化天线天线配置
• 4.2.2 仿真结果及分析
• 4.2.2.1 首传正确率
• 4.2.2.2 基站的平均吞吐量
• 4.2.2.3 UE端SINR的CDF曲线
• 4.3 8×2 MIMO极化天线原理和性能仿真
• 4.3.1 8×2 MIMO极化天线配置
• 4.3.2 8×2 MIMO极化天线分组波束赋形原理
• 4.3.3 8×2 MIMO极化天线联合波束赋形原理
• 4.4 仿真结果及分析
• 4.4.1 首传正确率
• 4.4.2 基站的平均吞吐量
• 4.4.3 UE端SINR的CDF曲线
• 4.4.4 天线间距对吞吐量的影响
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 研究工作小结
• 5.2 下一步的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录