基于USRP RIO的MU-MIMO视频传输系统的研究与实现

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随着无线移动通信技术的发展,移动网络用户规模不断扩大。互联网行业的高速发展,也促使部分传统行业与互联网应用相结合,兴起了许多新型的移动互联网服务。在线办公、在线教育、视频直播等依托于多媒体视频传输的应用便是其中的一个典型案例。然而,随着网络服务需求的增加以及入网智能设备的增加,现有频谱资源越发紧缺。然而,现有的授权服务频段的频谱利用率并不高,通过频谱共享可以有效地提升无线通信系统潜在的系统容量。本文以无线视频传输为研究背景,设计并实现了一个基于多用户MIMO的视频传输系统,并针对频谱共享所带来的干扰问题进行了深入的研究。本文的主要工作如下:首先,本文根据视频传输系统的基本功能需求,设计了在室内环境下的多用户多天线的视频传输系统框架。以USRP RIO软件无线电设备作为硬件平台,进行了物理层的部署。依照LTE帧结构,设计了视频传输系统的传输帧结构。根据所设计的系统框架设计了系统的整体工作流程,并根据系统流程对收发端功能模块进行了具体的程序设计。其次,为了解决由频谱共享引起的同频用户干扰问题,本文引入了连续干扰消除技术,在系统的上行链路基站端对接收信号进行连续干扰消除。首先对连续干扰消除技术进行了理论研究,对迫零连续干扰消除算法以及最小均方误差连续干扰消除算法进行了仿真,设计了基于连续干扰消除的视频传输系统方案。根据所设计的方案,在USRP RIO软件无线电平台上完成了具体的系统功能实现,在所设计的系统框架基础上增加了新的系统流程以及程序功能模块,实现了基于连续干扰消除的多用户MIMO视频传输系统。通过实验结果对所设计的干扰消除方案进行分析,验证了系统在用户因共享频谱资源受到同频干扰时,能够有效地进行干扰消除,保证用户的信号传输质量。最后,本文针对多用户MIMO系统下行链路中存在的信道间干扰问题,设计并实现了基于下行预编码方案的多用户MIMO视频传输系统。首先对下行预编码方案进行了理论研究,针对系统的需求,结合实际传输场景,实现了基于奇异值分解的系统下行预编码方案,并结合空时分组码提出了一种新的双层预编码方案。根据LTE协议中对基于非码本预编码方案的要求,对系统的传输帧结构进行了重新的设计。根据所设计的方案,在USRP RIO软件无线电平台上完成了具体的系统实现,在基站端增加了下行预编码功能模块。通过实验结果和数据分析,验证了所实现的预编码方案能够有效地降低信道间干扰,提高用户的服务质量。
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