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软件无线电MIMO系统实现及波束成型研究

作　者: 李岩
导　师: 孙怡
学　校: 大连理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO 软件无线电 GNU Radio USRP 波束成型
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
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内容摘要


在频谱资源十分紧缺的今天,多输入多输出(Multi-input Multi-output, MIMO)技术由于在不增加信号带宽的情况下成倍提高系统容量的优越性能而得到越来越多的重视,伴随对MIMO技术需求的不断增加,有关MIMO技术的研究也成为当今无线通信领域的重要课题。然而,多数通信技术的研究都停留在计算机仿真阶段,鉴于计算机仿真无法精确模拟真实通信环境的弊端,一种行之有效的真实通信系统开发环境就显得尤为必要。软件无线电(Software Defined Radio, SDR)技术作为一种构建、部署无线电通信系统的方案,为MIMO技术的研究提供了极大的便利,加快了研发速度、降低了研发成本并使真实环境下通信技术研究成为多数科研工作者均可负担的研发手段。本文介绍了一种由开源软件无线电(GNU Radio)及通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral, USRP)构成的软件无线电平台,通过在GNU Radio环境下编程,设计并实现了一个基本的2×1 MIMO通信系统,实现了真实通信环境中信息的可靠传输,为后续MIMO技术的研究奠定了基础。此外,本文还对多用户MIMO系统中的波束成型技术进行了研究。波束成型技术是一种消除多用户MIMO系统中多用户干扰的关键技术,在用户密集的微小区及无线局域网中有广阔的应用空间。绝大多数波束成型技术是在基站端已知信道状态信息(Channel State Information, CSI)的情况下,通过对发射信号进行与信道状态相适应的调整,达到消除用户间干扰的目的。然而,在多用户MIMO系统中,当用户数远远大于基站天线数时,为了将有限的发射功率集中到具有较好信道状态及较低用户间干扰的用户群,用户选择算法便显得尤为必要。本文在充分分析、研究现有波束成型技术及用户选择算法的基础上,总结分析了现有用户选择算法的典型过程,提出了一种配合酉波束成型(Unitary Beamforming, UBF)使用的长步长用户选择算法(Long Step User Step,LSUS),并通过Matlab仿真实验验证了UBF-LSUS方案在信道容量及算法收敛速度方面的优越性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 本文研究背景及意义  8
  1.2 本文研究内容及贡献  8-10
    1.2.1 基于软件无线电平台的MIMO系统实现  9
    1.2.2 多用户MIMO系统中用户选择算法研究  9-10
  1.3 本文结构  10-11
2 MIMO无线通信系统基础理论  11-17
  2.1 MIMO无线通信系统基本原理  11-12
  2.2 单用户MIMO无线通信系统  12-15
    2.2.1 系统模型  12-14
    2.2.2 系统容量  14-15
  2.3 多用户MIMO无线通信系统  15-16
    2.3.1 系统模型  15-16
    2.3.2 系统容量  16
  2.4 本章小结  16-17
3 基于GNU Radio和USRP的软件无线电平台  17-24
  3.1 软件无线电概念  17-18
  3.2 开源软件无线电(GNU Radio)  18-20
  3.3 通用软件无线电外设(USRP)  20-22
  3.4 软件无线电平台开发方式  22-23
  3.5 本章小结  23-24
4 基于软件无线电平台的MIMO系统实现  24-39
  4.1 设计的MIMO通信系统  24-30
    4.1.1 系统模型  24
    4.1.2 调制解调方案  24-26
    4.1.3 空时编译码方案  26-27
    4.1.4 帧同步方案  27-30
    4.1.5 信道估计方案  30
  4.2 系统实现及分析  30-38
  4.3 本章小结  38-39
5 多用户MIMO系统用户选择算法研究  39-53
  5.1 典型的波束成型技术  39-43
    5.1.1 机会波束成型  39-40
    5.1.2 迫零波束成型  40-41
    5.1.3 酉波束成型  41-43
  5.2 多用户MIMO系统中用户调度算法  43-52
    5.2.1 两种用户选择算法  43-44
    5.2.2 典型用户选择算法  44-45
    5.2.3 本文提出的LSUS算法  45-47
    5.2.4 系统仿真  47-52
  5.3 本章小结  52-53
总结和展望  53-55
参考文献  55-58
附录A 式(4.9)整理过程  58-60
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  60-61
致谢  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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