發(fā)布時間：2020-05-28 06:58

【摘要】：為了滿足蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)據(jù)吞吐量的需求,第三代合作伙伴項目(the 3rd Generation Partnership Project,3GPP)在第五代(the 5thGeneration,5G)移動通信新空口(New Radio,NR)研究中將運用更大的帶寬、更高階的調(diào)制以及更多天線數(shù)的多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技術(shù)。5G多天線系統(tǒng)以其高容量、大規(guī)模天線的高增益和靈活的波束賦形等特點,成為5GNR研究的熱點之一。5G NR MIMO融合全維度MIMO(Full Dimension-MIMO,FD-MIMO)和大規(guī)模MIMO(MassiveMIMO)技術(shù),從空間維度和天線數(shù)量兩方面進行增強。其中,FD-MIMO綜合多個維度信息提高了空間分離度,靈活的波束賦形與動態(tài)下傾角調(diào)整技術(shù)進一步增強了覆蓋深度�？紤]到FD-MIMO的技術(shù)特點,結(jié)合其與5G密集異構(gòu)組網(wǎng)(Heterogeneous Networks,HetNets)技術(shù),通過垂直波束下傾角調(diào)整與小區(qū)接入的聯(lián)合優(yōu)化,實現(xiàn)更精確的小區(qū)接入方式將具有十分重要的研究意義;此外,5G Massive MIMO擁有遠高于傳統(tǒng)MIMO的大規(guī)模天線和窄波束數(shù)量,但在提升頻譜效率的同時,如何提高波束管理中波束掃描過程的資源利用率并有效降低波束上報負載開銷等問題仍亟待研究和解決。針對上述問題,本文開展了對5G多天線系統(tǒng)的波束管理研究,主要研究工作及創(chuàng)新點總結(jié)如下:針對FD-MIMO異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)接入問題,本文通過動態(tài)垂直波束賦形技術(shù)對小區(qū)中心用戶和小區(qū)邊緣用戶進行配置。之后,針對小區(qū)接入與垂直波束下傾角調(diào)整的聯(lián)合優(yōu)化問題,提出了基于拉格朗日對偶分解的聯(lián)合處理算法(Joint Processing algorithm based on Lagrange Dual Decomposition,JP-LDD算法),從多個維度提高了小區(qū)接入有效性與精確度,實現(xiàn)系統(tǒng)頻譜效率的最大化。在此基礎(chǔ)上,進一步設(shè)計了接入控制策略并對JP-LDD算法進行收斂性與計算復雜度分析。系統(tǒng)級仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)接入算法相比,JP-LDD算法在提高頻譜效率、減少小區(qū)間干擾方面具有明顯優(yōu)越性。此外,不同天線配置下的頻譜效率曲線證實了JP-LDD算法在Massive MIMO系統(tǒng)中的可行性。針對NR Massive MIMO波束管理中上下行參考信號映射結(jié)構(gòu)以及波束掃描過程中資源利用率低的問題,本文提出了一種基于交織頻分多址(Interleaving Frequency Division Multiple Access,IFDMA)模型的統(tǒng)一可配信道狀態(tài)指示參考信號(Channel State Indication Reference Signal,CSI-RS)及探測參考信號(Sounding Reference Signal,SRS)映射結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)信令配置,以同時實現(xiàn)波束掃描及信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)獲取功能。基于該結(jié)構(gòu),進一步提出了一種提高NR MIMO波束掃描過程中空閑資源利用率的方案,并推導出系統(tǒng)進行波束掃描時的吞吐量公式。系統(tǒng)級仿真結(jié)果表明,本文所提方案能為單小區(qū)平均吞吐量帶來7.5%左右的提升,為之后深入研究波束上報機制奠定基礎(chǔ)。針對NR Massive MIMO波束管理中非分組式波束上報機制造成較高系統(tǒng)開銷問題,本文依次給出三種降低開銷的子方案。首先,提出了N-1差分比特法、發(fā)射波束狀態(tài)法(有序與無序)三種新的上報方法來降低上報中CSI-RS資源標識的負載開銷;隨后,為進一步降低層一參考信號接收功率(Layer 1-Reference Signal Received Power,L1-RSRP)測量值負載,進一步提出部分上報、混合上報兩種上報類型,并設(shè)計了上報內(nèi)容有效性判決方案;最后,基于基站的靈活配置及信令設(shè)計,結(jié)合上述上報方法及類型提出周期性動態(tài)配置的波束上報機制。仿真結(jié)果表明,本文提出的降低波束上報開銷方案減少了接近25%的上報開銷,從而提升了5G NR MIMO系統(tǒng)上行平均吞吐量。
【圖文】：

邐？邋．－NB邐Ｓ｜）＼＿邐（■逡逑圖１－１邋４Ｇ邋ＬＴＥ與５ＧＮＲ技術(shù)對比圖逡逑圖１－１給出了邋４Ｇ與５Ｇ的標準研究技術(shù)對比圖，從中可以看出兩者存在非逡逑常大的技術(shù)重合。但若從通信協(xié)議的角度縱向分析，可以看出就底層而言，５Ｇ物逡逑理層技術(shù)有著非常大的變化，當中最具代表性的是“毫米波”、“Ｍａｓｓｉｖｅ邋ＭＩＭＯ”逡逑和“波束管理”三項技術(shù)。５Ｇ邋ＮＲ載波頻段分為兩部分，頻段一從４５０邋ＭＨｚ到逡逑６０００邋ＭＨｚ，頻段二為毫米波波段從２４．２５邋ＧＨｚ到５２．６邋ＧＨｚ［ｍ４］。盡管３ＧＰＰ不逡逑排除使用６邋ＧＨｚ以下頻段對ＮＲ進行部署，但似乎大多數(shù)的部署仍會在毫米波逡逑頻段進行［１５］。由于毫米波的特性，ＮＲ需要更多技術(shù)手段來彌補低覆蓋范圍，高逡逑衰落，易受阻擋，繞射能力弱的缺陷［１６“８］。此外，５ＧＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ中數(shù)量龐大逡逑的天線和能量更集中的波束

ＦＤ－ＭＩＭＯ５Ｇ，入和垂直波束下傾角調(diào)整的聯(lián)合優(yōu)化問題，，旨在讓用戶綜合考慮待接入的候選基逡逑站和垂直波束下傾角，實現(xiàn)接入一個基站的一個下傾角。本章的聯(lián)合優(yōu)化目標是逡逑實現(xiàn)ＦＤ－ＭＩＭＯ異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)頻譜效率的最大化。該優(yōu)化目標受制于小區(qū)接及垂直波束下傾角的相關(guān)約束條件。由于小區(qū)接入這一約束條件，使得復雜的優(yōu)逡逑化問題轉(zhuǎn)化成混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題。因此，針對上述聯(lián)合優(yōu)化問題，本章提逡逑出了一種基于拉格朗日對偶分解的聯(lián)合處理算法（ＪＰ－ＬＤＤ算法）。后續(xù)還將給出逡逑對于ＦＤ－ＭＩＭＯ異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入控制策略。此外，基于３ＧＰＰ給出的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中逡逑主要假設(shè)和參數(shù)進行了系統(tǒng)級仿真。相關(guān)結(jié)果表明，無論在提高頻譜效率還是在逡逑小區(qū)邊緣用戶干擾協(xié)調(diào)方面，ＪＰ－ＬＤＤ算法都優(yōu)于傳統(tǒng)的小區(qū)接入算法。本章下部分安排如下。第二小節(jié)中，給出ＦＤ－ＭＩＭＯ異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型及聯(lián)合優(yōu)化理。第三小節(jié)介紹用于解決小區(qū)接入及垂直下傾角調(diào)整的聯(lián)合優(yōu)化問題所提出的逡逑．ＩＰ－ＬＤＤ算法。仿真結(jié)果將在第四小節(jié)中給出，后續(xù)的第五小節(jié)給出了本章結(jié)論。逡逑２．２系統(tǒng)模型及聯(lián)合優(yōu)化問題求解逡逑
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN828.6

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 E.R.Billam;王德純;;相控陣雷達的最佳波束位置間隔[J];現(xiàn)代雷達;1987年02期

2 B·沃德羅普 ,邱文杰 ,謝處方;雷達系}q中的數(shù)字波束形成——評論[J];成都電訊工程學院學報;1988年S1期

3 J·R·沃林頓 ,邱文杰 ,謝處方;相控朿雷達的波束形成方案[J];成都電訊工程學院學報;1988年S1期

4 H·史蒂斯凱爾 ,邱文杰 ,謝處方;數(shù)字波束形成天}�綑{躘J];成都電訊工程學院學報;1988年S1期

5 J·M·盧米斯 ,邱文杰 ,王朔忠;數(shù)字波束形成朿[J];成都電訊工程學院學報;1988年S1期

6 S·R·卡普西 ,方宙奇 ,謝處方;多波束接收朿列信號處理器[J];成都電訊工程學院學報;1988年S1期

7 張玉洪;保錚;;任意分布陣列天線波束寬度的精確估計[J];西安電子科技大學學報;1988年02期

8 阮穎錚,周偉蜀;波束反射場的復射線分析[J];中國激光;1989年08期

9 李璇;馬曉川;郝程鵬;鄢社鋒;;波束域下利用角度散布特征抑制寬帶混響[J];聲學學報;2018年05期

10 段玉虎;;基于波束分離技術(shù)的空間時延補償方法研究[J];深空探測學報;2018年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 孟明霞;史永康;趙波;;寬角掃描相控陣波束寬度分析[A];2019年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2019年

2 張雄;壽曉波;胡麗;;一種寬頻帶螺旋天線展寬波束寬度的設(shè)計[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（中冊）[C];2017年

3 伍捍東;李其信;任宇輝;王英英;史賽群;;一種X波段圓極化機載半球天線設(shè)計[A];2015年全國微波毫米波會議論文集[C];2015年

4 王樹;崔紫嫣;張鵬飛;;余割平方賦形波束陣列天線[A];2019年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2019年

5 任冬梅;莊馗;;新型彈載寬頻背腔菱形微帶天線的研究和實踐[A];2009年全國天線年會論文集（上）[C];2009年

6 曹祥玉;高軍;姚旭;;相控陣天線設(shè)計[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

7 夏冬玉;王立輝;屈天瑩;陽志明;;一種L波段寬頻帶陣列天線的設(shè)計與分析[A];2017年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2017年

8 劉子濤;洪偉;;一種無源毫米波多波束天線的設(shè)計與實現(xiàn)[A];2015年全國微波毫米波會議論文集[C];2015年

9 張�，�;徐永斌;;論天線合成輻射場的泰勒綜合分析中的若干問題[A];1991年全國微波會議論文集（卷Ⅱ）[C];1991年

10 王磊;翁子彬;羅鑫帥;楊磊;;寬頻寬軸比波束圓極化導航天線設(shè)計[A];2017年全國天線年會論文集（下冊）[C];2017年

相關(guān)博士學位論文 前9條

1 趙明陽;光控波束形成技術(shù)與渦旋波束應(yīng)用研究[D];北京郵電大學;2019年

2 陳弋凌;射頻軌道角動量波束的產(chǎn)生與應(yīng)用研究[D];浙江大學;2018年

3 王忠華;簇饋源多波束通信衛(wèi)星波束成形技術(shù)[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

4 孫晨;大規(guī)模MIMO波束分多址傳輸理論方法研究[D];東南大學;2018年

5 侯志;堆積多波束LFMCW雷達數(shù)字信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];南京理工大學;2017年

6 薛青;下一代毫米波網(wǎng)絡(luò)波束資源控制和管理技術(shù)研究[D];西南交通大學;2018年

7 周宇;基于微波光子技術(shù)的超寬帶多波束網(wǎng)絡(luò)研究[D];北京郵電大學;2017年

8 岳寅;寬帶相控陣雷達發(fā)射多波束形成和雷達通信一體化技術(shù)研究[D];東南大學;2017年

9 張松;水下聲通信傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議與節(jié)點定位算法研究[D];武漢大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 段增睿;基于波束切換的方向圖可重構(gòu)天線技術(shù)研究[D];北京郵電大學;2019年

2 曹強;5G毫米波基站覆蓋和容量增強機制的研究與實現(xiàn)[D];北京郵電大學;2019年

3 王藝鵬;多波束衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的動態(tài)波束調(diào)度技術(shù)研究[D];北京郵電大學;2019年

4 張政;模型驅(qū)動的高效率毫米波波束對齊系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];北京郵電大學;2019年

5 鄢浩;基于毫米波分布式天線陣的波束管理技術(shù)研究[D];北京郵電大學;2019年

6 李東儒;5G多天線系統(tǒng)的波束管理研究[D];北京郵電大學;2019年

7 劉麗;基于超表面的波束可重構(gòu)天線技術(shù)研究[D];北京郵電大學;2019年

8 韋葉;波束切換天線的研究與設(shè)計[D];南京信息工程大學;2018年

9 呂智煊;多波束基站天線的應(yīng)用研究與設(shè)計[D];華南理工大學;2018年

10 張鴻偉;基于數(shù)字波束形成的同時多目標干擾發(fā)射技術(shù)研究[D];西安電子科技大學;2018年

本文編號：2684891