大规模3D MIMO半波天线阵列小型化研究

大规模3D MIMO半波天线的小型化研究一直是一个热门课题,尤其在5G时代。通过天线基础理论和FDTD仿真,证明在阵列阵元间填充介质和缩小阵元间距后,同样可以获得理想的波束赋形效果。同时还研究了阵元间距与填充介质参数的关系,提出了2种在阵元间填充介质的方式方法,证明了大规模3D MIMO半波天线小型化的可行性和实用性,具有一定的研发和推广价值。

3D MIMO信道建模与仿真验证

现有的多输入多输出(MIMO)信道仿真模型主要基于二维(2D)平面,不能反映实际的三维(3D)电波传播环境。在WINNER 2D模型的基础上研究建立3D MIMO信道仿真平台。加入空间垂直维后,天线方向图需要从2D扩展至3D,并对3D天线阵列构成的MIMO系统进行建模。利用实验数据对城市微小区场景进行仿真验证,可以看出三维MIMO信道参数仿真与实验结果符合较好。3D MIMO信道间的相关性要比2D大,但3D MIMO的信道容量相比2D会有比较大的提升。

3D MIMO系统中一种有限反馈开销降低方法

针对三维多输入多输出(3D MIMO)预编码系统的高反馈开销问题,结合信道预测,提出了一种基于时频域二维分簇的有限反馈开销降低方法。该方法利用信道的时频域相关特性,用户端根据与当前帧中数据块所对应的信道状态信息(CSI),采用自回归(AR)模型来预测与后续帧中数据块相对应的3D CSI,进而对预测得到的CSI进行时域与频域二维分簇处理,最后将与每个反馈数据块相对应的预编码矩阵索引反馈给基站。仿真结果表明,该方法在保证系统性能的同时,不但大幅度地降低3D MIMO多用户系统的反馈开销,而且有效地改善了反馈延迟对系统性能所造成的影响。

3D MIMO信道建模及性能分析

本文首先对MIMO技术以及3D MIMO的技术优势做了简要介绍。紧接着叙述了LTE通信系统中对3D MIMO信道进行建模的意义,它在传统的2D MIMO以及目前的3D MIMO信道模型基础上需要做出的改进之处,体现出了该研究的必要性和创新性。为了建立最新标准下的可靠三维信道模型,结合三维信道特性更新了信道生成过程。在按照流程搭建了信道模型之后,对信道模型进行校准确定其准确性,并对仿真结果进行性能分析。全面考虑信道大尺度和小尺度部分,选取具有代表性的参量对信道性能进行分析,体现出了该信道模型对系统性能的影响。

一种3D MIMO增强的物理层安全方法

由于具有把Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)处理从方位角扩展到仰角的能力,三维MIMO(3D MIMO)技术在近年来引起越来越多的关注。研究适合的三维空间信道模型(3D SCM)是3D MIMO技术研究的一个基本步骤。在回顾了二维信道模型和一种三维双极化信道模型之后,提出了一种3D MIMO增强的物理层安全方法 ,研究了基站天线下倾角、移动台天线仰角对期望用户安全容量的影响。此外,还评估了相邻小区干扰的影响。

3D MIMO信道下的毫米波波束跟踪研究

高频段毫米波作为5G通信中全频谱接入的关键技术,因其频谱资源丰富可极大提高信道容量和传输速率。我们基于3D MIMO信道模型以38GHz毫米波为例对UE和BS之间的跟踪波束进行了建模:在GCS(全球坐标系)中,假设UE均速移动,在考虑路径损耗的情况下推导求出LOS和NLOS中多径簇的信道冲激响应,并根据香农公式对3D MIMO信道的可达速率和信道容量进行分析。通过仿真表明,3D MIMO信道模型接入角度变量可以更好地实现毫米波波束跟踪,在提高传输速率的同时扩大信道容量。

基于AOA正态分布的5G反开3D MIMO权值优化

本文介绍了基于AOA数据调整3D MIMO波束权值的原理,提出了一种适用于业务集中场景的基于AOA近似服从正态分布的3D MIMO权值调整算法,以提升3D MIMO小区流量吸收能力。通过对比业务集中区域权值调整前后的业务量、负荷变化,直观体现了提升小区总吞吐量、缓解周围宏站高负荷、释放流量抑制的显著效果。

3D MIMO系统下水平和垂直维联合预编码的研究

第五代(5G)移动通信网络将会在很大程度上提高无线通信的速率。由于多入多出系统(MIMO)能够满足5G网络中对信息速率越来越高的要求,现在正受到广泛的关注。然而,传统意义的二维(2D)MIMO技术仅仅能控制水平维的波束。为了满足5G的需求,需要引入能同时考虑水平维和垂直维波束的三维(3D)MIMO技术。本文基于3D MIMO信道模型,在分析3D MIMO信道相关性的基础上,针对发射相关和接收相关矩阵在水平维和垂直维的分解,提出了一种利用3D MIMO信道相关性的有限反馈预编码方案。并在此基础上,结合2D MIMO信道下的DFT码本和Grassmannian码本,提出了两种新的3D MIMO信道下的码本。实验结果表明,提出的3D MIMO预编码方案整体性能优于传统2D MIMO和现有的3D MIMO预编码方案。在3D MIMO系统中,由于可以动态调节天线的下倾角,故充分发掘了空间三维自由度。3D MIMO预编码技术减小小区间干扰,增加了系统容量,有效地提高了整个通信系统的性能。

基于用户感知的3D MIMO扩容门限研究

3D MIMO是Pre5G技术之一,是Massive MIMO的初期形式。3D MIMO多部署在网络热点区域,其中容量评估是影响其效果的重要因素。为匹配用户不断增长的网络体验需求,需要制定与时俱进的网络扩容评估标准。因此,从用户实际无线环境和业务类型出发,建立感知评价模型,设计实验用例得出感知受限门限值。实验中业务模型选择视频业务和混合业务,视频感知评价采用决策树评价模型。根据测试结果,提出了一组3D MIMO扩容门限,能有效指导后期3D MIMO网络规划、优化和工程设计。

基于3种典型天线阵列的3D MIMO Kronecker信道建模

在传统的二维多输入多输出(two dimensional multiple input multiple output,2D MIMO)信道模型基础上,引入仰角因子研究三维多输入多输出(three dimensional MIMO,3D MIMO)信道模型。推导出基于均匀线形阵列(uniform linear array,ULA)、均匀圆形阵列(uniform circular array,UCA)和均匀矩形阵列(uniform rectangle array,URA)的3D MIMO Kronecker信道模型,并进一步讨论了信号离开角和到达角分别服从高斯分布、拉普拉斯分布和VMF(Von Mises Fisher)分布时的信道模型。仿真结果表明,当信号空间角度服从VMF分布时所建信道模型容量最大,在该角度分布下基于ULA信道模型的容量优于UCA和URA。

3D MIMO在无线携能通信系统中的应用和优化设计

为了提高无线携能通信(SWIPT)的效率,在基站采用3维(3D)定向天线,通过动态调整天线下倾角,来开发垂直维度,从而增强SWIPT中能量和信息的传输效率。该文研究单小区多输入多输出(MIMO)SWIPT系统,基站和用户分别使用迫零(ZF)预编码和功率划分(PS)技术。构建以最小化发送功率为目标的优化问题,在信噪比(SNR)和获取功率的约束下,联合优化了天线下倾角,PS比和分配的功率。最佳PS比和最优功率分配以闭合表达式给出。仿真表明,所得到的优化解的性能优于具有可调下倾角的常规MIMO系统和不考虑垂直维度的2维(2D)方案。

基于Weichselberger模型的3D MIMO信道建模研究

3D MIMO(Three Dimension Multiple Input Multiple Output)技术是下一代通信系统(5G)关键的技术之一。为了更好地评估3D MIMO通信系统的性能,需要建立一种准确的3D MIMO信道模型。在现有的3D MIMO信道模型中,3D Kronecker模型由于其简单性而得到广泛应用。但3D Kronecker模型假设收发两端是不相关的,与实际信道特性不符。为解决该问题,本文在WINNER II中2D信道模型的基础上引入仰角维度,建立3D MIMO信道模型,并推导收发两端的相关矩阵,通过分解收发两端相关矩阵构建3D Weichselberger模型。本文着重分析六种典型场景下3D Weichselberger模型的空间耦合矩阵,并通过理论推导分析各种场景下的3D MIMO信道特征,同时推导出3D Weichselberger模型的互信息上限的表达式。仿真结果显示,相对于3D Kronecker模型,3D Weichselberger模型能更准确地描述3D信道的传播特征。

基于rank自适应的3D MIMO有限反馈传输方案

大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)技术能够提高频谱效率和能量效率,被认为是下一代无线通信的关键技术。随着有源天线技术的发展,基站配置二维天线阵列可在三维(threedimensional,3D)空间控制波束,这使得3D MIMO技术成为一个新的研究热点。在单用户MIMO下,本文提出了两种基于秩(rank)自适应的3D MIMO有限反馈方案。方案I在水平维采用rank自适应,垂直维支持rank 1传输;方案II在垂直维采用rank自适应,水平维支持rank 1传输。在三维城市宏小区和三维城市微小区场景下,采用系统级仿真验证了两种方案的性能。相较于水平维和垂直维都仅支持rank 1的传输方案,两种方案都取得了性能增益,同时方案I优于方案II。

基于二维嵌套阵的3D MIMO系统信道估计算法

信道估计是通过对基站接收信号和用户端发送的已知导频序列进行处理获得。二维嵌套阵列可以节约系统的成本并且得到大规模MIMO(multiple-input multiple-output)天线阵列的性能,然而由于二维嵌套阵列的结构不规整,直接对基站接收信号进行处理具有一定的难度。本文提出一种基于2D-DFT(two-dimensional Discrete Fourier Transform)的信道重构算法,首先对接收信号做自相关处理转化为连续差分阵列的接收信号,其次通过2D-DFT估计出用户的初始DOA(the direction of arrival),然后利用角度旋转技术增强DOA估计实现超分辨率估计,再根据精确的DOA估计通过传统的LS(least squares)估计方法估计出信道增益;最后重构出用户的信道。数值仿真验证了算法的有效性。

多小区下行3D MIMO系统的传输速率分析

针对传统MIMO(多输入多输出)系统容量受限的问题,引入3D(三维)MIMO系统模型,将多小区联合传输技术应用于3D MIMO系统以提高系统容量。结合香农理论推导出采用单小区传输和多小区联合传输时的信干噪比,采用简单易实现的迫零预编码算法,分析了基站天线下倾角、用户与基站之间的距离以及小区中的用户数对系统传输速率的影响。仿真结果表明,适当调整基站天线下倾角可以提高系统传输速率,验证了采用多小区联合传输比单小区传输在提高系统传输速率方面具有更优的性能。

3D MIMO系统中的性能分析及资源分配研究

三维多输入多输出(3D MIMO)系统在三维空间调整波束以抑制干扰,可以比传统MIMIO系统获得更高的频谱利用率,在其中分配时频资源可以进一步抑制干扰。对3D MIMO系统进行了和速率性能分析,获得和速率下界表达式,并根据下界表达式在三维空间分配时频资源。相比于只在部分维度分配时频资源的方案,所提的方案可以利用三维波束更有效地抑制干扰,获得更高的系统和速率。仿真结果表明性能分析是精确的,并且所提的资源分配方案能够实现更高的和速率。

3D MIMO技术在TD-LTE商用网络中的应用比较研究

随着国家互联网+战略部署、物联网技术和移动互联网的广泛发展,需要移动通信网络不断提升业务承载能力。在5G大规模商用前,在现有TD-LTE Advance网络上部署5G新技术,升级现有4G+网络,是一项很有必要的工作。本文首先对MIMO、3D MIMO技术原理进行了分析比较,通过区域试点评估了3D MIMO技术在复杂场景中的应用效果,为TD-LTE网络上快速部署3D MIMO提供借鉴。

基于3D MIMO解决高价值场景网络覆盖和容量的方法

3D MIMO被认为是一种提升LTE-Advanced系统容量及覆盖的先进技术,是增强型MIMO技术目前的研究热点。本文通过实际特殊场景应用,测试验证了3D MIMO技术的性能结果,结合投资对比,表明采用3D MIMO技术在解决高价值特殊场景的覆盖和容量的可行性,最后给出后续工程中的使用建议。

3D MIMO站点基于感知的容量极限探究

Pre5G 3D MIMO站点以精准的空间波束成形和空分复用技术,能极大提升网络容量,但3D MIMO站点暂无基于用户感知的容量评价体系.为了解决3D MIMO容量标准问题,通过业务感知测试App,拟合出Web浏览类、FTP下载类、视频类以及即时通信类业务用户实际感知与业务表现间关联.分4种场景实测,获取不同业务感知受限时的用户极限以及同频站点信道利用率对3D MIMO小区业务感知的影响拐点.形成一系列3D MIMO站点扩容门限,有效支撑了3D MIMO站点的规划和维护.