大规模MIMO无线通信系统的容量分析

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大规模MIMO技术能够在有限的频率资源条件下,大幅提升系统的频谱效率和能量效率,是新一代无线通信技术中非常具有潜力和研究价值的研究方向之一。本文主要针对多小区多用户MIMO系统的上行容量进行了研究。本文首先介绍了大规模MIMO技术的研究背景和现状,分析了大规模MIMO技术在未来无线通信系统中的优势,己取得的成果和待解决的问题。为了对大规模MIMO容量进行研究,我们建立了多小区多用户MIMO无线蜂窝系统模型,并充分考虑无线信道特点建立了信道模型。此外在该模型下求得了在已知CSI时MMSE接收机的容量下界,讨论了在天线数趋近于无穷时系统的容量。由于导频污染是影响大规模MIMO系统容量的重要因素,我们通过在上行链路进行信道估计,建立了系统的等效模型,通过对单用户信干噪比的分析,求得了导频污染下的MMSE接收机和速率下界,得到了MMSE接收机容量与最优接收机容量之间的关系,并利用已有的最优接收机容量的上下界表达式,获得了二个MMSE接收机容量下界近似的闭合表达式,此外我们还求得了MMSE接收机容量的上界,讨论了容量的上界和下界在天线数趋于无穷时的表达式,并对这些理论结果进行了仿真和分析。之后,我们进一步建立了块衰落信道下的系统模型,研究了导频数据联合处理时的系统容量。由十其互信息小易获得,我们关注联合处理时MMSE接受机互信息的下界并对这个下界进行研究,之后对比已知CSI和分离处理时的系统容量,通过仿真分析,讨论了导频数据联合联合处理的价值。
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