基于TDD模式的大規(guī)模MIMO原型系統(tǒng)驗證及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、進入21世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和移動通信技術(shù)飛速發(fā)展。為適應(yīng)移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)時代終端設(shè)備和通信業(yè)務(wù)量的爆炸性增長，人們掀起了對第五代移動通信系統(tǒng)(5G)的研究熱潮。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)作為5G的核心技術(shù)之一，可大幅度提高系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率。值得注意的是，大規(guī)模MIMO技術(shù)在帶來系統(tǒng)性能提升的同時，也面臨著例如實現(xiàn)成本增加、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度增加、以及原型驗證難度高等諸多挑戰(zhàn)。本文面向時分雙工(TDD)模式下的大規(guī)模MIMO系

2、統(tǒng)，對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)和原型驗證展開研究，具體工作安排如下:
　　首先，本文在完成對大規(guī)模MIMO技術(shù)相關(guān)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對原型驗證系統(tǒng)物理層進行設(shè)計。在完成系統(tǒng)傳輸參數(shù)、無線幀結(jié)構(gòu)、以及用戶時頻資源網(wǎng)格設(shè)計的前提下，結(jié)合硬件實現(xiàn)對大規(guī)模多用戶MIMO系統(tǒng)鏈路級傳輸方案進行研究，重點突出上下行物理層鏈路的系統(tǒng)模型、以及鏈路中所涉及的關(guān)鍵傳輸技術(shù)，包括正交頻分復(fù)用(OFDM)、幀同步、MIMO信道估計與檢測、MIMO預(yù)

3、編碼、信道互易性校準等。此外，通過Matlab仿真平臺，完成了系統(tǒng)鏈路級的功能仿真，從系統(tǒng)誤比特率(BER)和吞吐量兩方面對系統(tǒng)傳輸方案進行理論驗證和性能評估，為原型系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定理論基礎(chǔ)。
　　接著，對原型驗證系統(tǒng)的軟硬件平臺和系統(tǒng)硬件架構(gòu)展開研究。通過描述原型系統(tǒng)的軟件平臺和硬件組成，突出核心硬件的特點及性能。在此基礎(chǔ)上，利用選定的硬件平臺對系統(tǒng)架構(gòu)進行設(shè)計，主要包括基站側(cè)硬件架構(gòu)設(shè)計、基站側(cè)時鐘和觸發(fā)信號架構(gòu)設(shè)計、以及用戶側(cè)

4、的硬件架構(gòu)設(shè)計等方面，并結(jié)合系統(tǒng)的實現(xiàn)目標和各硬件單元的能力，根據(jù)系統(tǒng)上下行鏈路數(shù)據(jù)處理框圖對系統(tǒng)基站側(cè)和用戶側(cè)的硬件架構(gòu)進行可行性評估，使得當前的硬件配置能夠滿足原型系統(tǒng)的實現(xiàn)要求。
　　最后，完成原型驗證系統(tǒng)上下行鏈路的傳輸實現(xiàn)及相關(guān)測量。按照從用戶側(cè)到基站側(cè)、從FPGA端到上位機(Host)端、從一個功能單元到另一功能單元的描述順序，闡述原型系統(tǒng)各功能單元硬件實現(xiàn)的相關(guān)細節(jié)，重點突出了原型系統(tǒng)上下行鏈路傳輸中核心功能模塊的實

5、現(xiàn)細節(jié)，例如射頻(RF)收發(fā)模塊、同步模塊、OFDM調(diào)制解調(diào)模塊、對等(P2P)路由傳輸模塊、上行信道估計與均衡模塊、下行預(yù)編碼模塊、互易性校準模塊等。此外，結(jié)合系統(tǒng)各功能單元FPGA資源的使用情況和實際運行環(huán)境從大規(guī)模MIMO條件下的無線信道、上行多用戶視頻流數(shù)據(jù)傳輸、下行多用戶視頻流傳輸、以及信道互易性校準算法性能等方面對原型系統(tǒng)進行測試分析。測試結(jié)果表明:本文所構(gòu)建的基于TDD模式的大規(guī)模MIMO原型系統(tǒng)能順利完成上行和下行多用戶