大规模MIMO系统快变环境下的信道预测方法研究

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1、分类号学号M201571792学校代码10487密级硕士学位论文大规模MIMO系统快变环境下的信道预测方法研究学位申请人：邹梦学科专业：信息与通信工程指导教师：彭薇副教授答辩日期：2018年5月25日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonChannelPredictionMethodsinFast-varyingMassiveMIMOEnvironment

2、sCandidate:MengZouMajor:InformationandCommunicationEngineeringSupervisor:Prof.PengWeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay25,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果，。对本

3、文的研宄做出贡献的个人和集体均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期年Ｉ月日１学位论文版权使用授权书ｇ本学位论文作者完全了解学校有关保留：、使用学位论文的规定，ｐ学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于／

4、不保密５／１“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：指导教师签名曰期：年月曰曰期Ｓ：办年月＼曰ｑ丨牙／／华中科技大学硕士学位论文摘要与传统多输入多输出（Multiple-inputMultiple-output，MIMO）信道不同，大规模MIMO系统中天线数目增多给大规模MIMO信道带来两大特性：快变和非平稳性。其中，信道的快变性会导致传统信道估计方法获得“滞后”的信道状态信息，最终导致系统性能一落千丈。因此，根据以往几个时刻的信道观测值提前预测信道的状态信息很有必要，能有效

5、降低滞后的信道状态信息带来的影响。本文中，我们以大规模MIMO环境下快变信道的信道预测方法为对象开展研究，提出了一种信道预测方法。首先，将大规模MIMO独有的信道特性考虑在内，提出了一阶泰勒展开信道预测模型。紧接着，本文提出了基于该预测模型的含信道估计和信道预测两阶段的信道预测算法，并基于符合大规模MIMO实测信道统计特性的三维几何双圆柱信道模型，推导了所提信道预测方法可使用的有效平稳时间区间。然后，通过蒙特卡罗仿真实验验证了所提信道预测方法的性能。仿真结果表明，在有效平稳区间内，所提的信道预测方法能以较低

6、的计算复杂度实现可靠的信道预测，有效提高系统性能。为改善所提信道预测方法在信道系数波动较快时受抖动干扰影响而需要频繁发送导频的问题，本文进而提出了一种符号检测辅助的信道预测方案。该方案利用检测到的数据信号，将其作为“虚拟导频”辅助信道预测，从而达到减少导频开销的目的。同时，为进一步了解所提信道预测方法的性能，本文又从理论上分析了该方法预测误差的克拉美罗界和采用该预测方法的误码率性能。最后，本文通过仿真验证所提方法和理论推导的有效性。由仿真结果可观察到，真实仿真性能在不同天线数目、不同信噪比等条件下都紧密逼近

7、理论分析值。同时，采用本文所提的基于符号检测辅助的信道预测方案能有效降低导频发送次数。并且，该方案的适用范围在采用信道编码的情况下还能进一步扩大，从而大幅提升系统的频谱利用效率。关键词：大规模MIMO，快变信道，信道预测，一阶泰勒展开，性能分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractDifferentfromtheconventionalmultiple-inputmultiple-output(MIMO)systemwithnormal-sizeantennas,astheincreaseofthenu

8、mberofantennasespeciallyatthebasestationterminal,massiveMIMOchannelhastwoparticularchannelcharacteristics.Specifically,themassiveMIMOchannelischaracterizedbyfast-variationandnon-stationarity.However,outdatedc