在过去的10年里,我们共同目睹了现代无线通信技术的快速发展和其对我们日常生活及生产力发展所带来的巨大变化。然而,随着用户对无线传输需求的增加,特别是大量智能终端、物联网设备以及用户信息娱乐需求的增加,使得无线数据流量呈现爆炸式增长。为此,研究人员和企业已经开始研究新的无线通信系统——第五代移动通信系统(5G)。关于5G,研究人员认为其将是多网络并存的异构网络,大规模MIMO和全双工技术被认为是两个关键核心技术。首先,当节点天线数足够大时,大规模MIMO系统能够有效地克服小规模衰落和加性噪声,系统拥有更高的频谱效率和能量效率;其次,如果系统能够有效的抑制环路干扰,全双系统因信道资源利用率的提高可进一步改善频谱效率。本论文对基于全双工的大规模MIMO中继系统进行研究,在放大转发(amplify and forward,AF)和解码转发(decode and forward,DF)两种协议下获得了系统配置方案并研究了系统的频谱效率和能量效率,同时研究不同的功率分配方案和系统配置对环路干扰的抑制作用,并给出比较研究结果。(1)给出了基于放大转发协议的全双工大规模MIMO中继系统的实现方案,该方案由多用户两跳中继系统构成,系统用户终端单天线配置,中继配有大规模天线阵列,中继(或基站)采用全双工模式在同一时-频资源接收、放大转发信号。对此,论文研究了系统的频谱效率和能量效率,获得了系统频谱效率与能量效率的近似估计,并考虑了三种功率分配方案。研究发现,只有当采用第二种功率分配方案时,全双工大规模MIMO AF中继系统能够抑制环路干扰,从而可以显著的改善系统性能,获得频谱和能量增益。(2)研究了基于解码转发协议的全双工大规模MIMO中继系统,获得了系统的频谱效率与能量效率,并对AF和DF系统的频谱效率、能量效率以及对环路干扰的抑制作用做了比较分析。论文发现,与AF协议不同,由于DF协议对上、下链路的隔离效果,全双工MIMO DF中继系统不仅在第二种功率分配方案下能够抑制环路干扰,而且还在第三种功率分配方案下能够抑制环路干。与AF类似,在第一种功率分配方案下DF系统也无法抑制环路干扰。同时,论文还发现当下行链路强于上行链路时,AF系统优于DF系统,环路干扰对DF系统有较大影响;相反,当上行链路强于下行链路时,AF系统与DF系统的性能差较小,环路干扰对DF系统的影响较小。(3)给出了半双工大规模MIMO中继系统的实现方案,并与全双工中继系统进行了比较与分析。论文发现,当环路干扰等级较高时,全双工系统将会放大环路干扰,此时半双工系统将会优于全双工系统。因此,基于上述考虑,我们最后提出一个混合的全-半双工(hybrid full-and-half duplex,H-FH-duplex)大规模MIMO AF中继系统方案,其特点是根据系统参数尤其是环路干扰等级,系统将在全双工与半双工模式之间进行转换,从而可同时克服全双工和半双工系统的不足,进一步改善系统性能。
波达方向估计(DOA, Direction of Arrival)为第五代(5G, the 5th Generation)移动通信系统的定位技术提供了重要的支撑,但现有的DOA估计算法有些由于计算量较大,无法用于5G移动通信的目标定位。本文提出了一种基于信号子空间的快速多项...
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波达方向估计(DOA, Direction of Arrival)为第五代(5G, the 5th Generation)移动通信系统的定位技术提供了重要的支撑,但现有的DOA估计算法有些由于计算量较大,无法用于5G移动通信的目标定位。本文提出了一种基于信号子空间的快速多项式求根测向算法。该算法从信号子空间构造多项式系数,然后通过多项式求根得到目标的DOA。所提的求根方法易于构造多项式系数,仅从M个根就即可估计M个DOA。与其他多项式求根方法相比,对于大型阵列,该方法可以显著降低计算量。计算机仿真结果证明了所提方法的正确性和有效性。
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