摘 要

当前，随着经济和社会的持续发展，人们对无线移动通讯的关注度也越来越高，需求也从“可以接收数据”提升至“快速准确地接收数据”，这就意味着移动通信系统的传送速率和服务质量越来越被重视。传统的MIMO技术已经无法满足人们日益增长的无线移动通信的需求，下一代无线通讯核心技术的研究已经被提上了议程。作为第五代移动通信的关键技术之一，大规模MIMO技术凭借其低能耗和高性能等优点，已经成为了国内外的研究热点。

大规模MIMO的基本特征之一是基站采用的天线多达16个以上，如果接收机的分集接收机利用全部的空间传输路径进行分集合并，需要有高达16个以上的分集合并路径。为了避免信道质量差的信道造成负面影响，同时节省计算开销，本文研究基于信道估计的分集合并技术，以选用有效的路径所承载的信号进行分集合并。

本文借助数学软件MATLAB，结合了MIMO技术和OFDM技术，模拟实现了大规模MIMO系统实现传输数据的过程，设计了基于信道估计的分集合并技术并进行系统连路仿真，论证了信道估计和分集接受技术降低误码率的特性。

关键词：大规模MIMO；信道质量估计；分集接收技术

Abstract

At present, with the continuous economic and social development, people are paying more and more attention to wireless mobile communications. The demand has also increased from "receiving data" to "accepting data quickly and accurately." This means that the transmission rate and quality of service of mobile communications systems are getting more and more attention. Traditional MIMO technology can no longer meet the growing demand for wireless mobile communications. The research of the next generation wireless communication core technology has been put on the agenda. Due to its low energy consumption and high performance, Massive MIMO technology has become one of the key technologies for 5G mobile communications and has gradually become a research hotspot at home and abroad.

One of the basic characteristics of massive MIMO is that the base station employs more than 16 antennas. If the diversity receiver uses all spatial transmission paths to perform diversity combining, up to 16 or more diversity combining paths are required. In order to avoid negative effects on the channel with poor channel quality and to save computational overhead, this paper studies the diversity combining technique based on channel estimation to use the signals carried by effective paths to perform diversity combining.

In this paper, the mathematics software MATLAB, combined with MIMO and OFDM technology, simulates and implements the process of large-scale MIMO system to achieve data transmission. The diversity combining technology based on channel estimation is designed and the system connection simulation is performed, and the channel estimation and diversity reception techniques are demonstrated to reduce bit error rate.

Key Words: Massive MIMO; Channel quality estimation; Diversity reception technique

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文章节安排 2

第2章 大规模MIMO技术概述和MIMO-OFDM原理 4

2.1 多输入多输出(MIMO)技术原理 4

2.2 大规模MIMO技术概述 4

2.3 OFDM基本原理 5

2.3.1 基于IFFT/FFT的OFDM系统模型 5

2.3.2 OFDM信号的频谱特性 7

2.3.3 OFDM调制和解调 8

2.4 OFDM关键技术 9

2.4.1 保护间隔和循环前缀 9

2.4.2 信道估计技术 10

2.5 MIMO-OFDM系统结构 10

第3章 接收分集和空时编码技术 12

3.1 分集技术 12

3.1.1 分集类型 12

3.1.2 分集合并方法 13

3.2 空时编码技术 14

第4章 基于信道质量估计的分集合并技术设计实现 17

4.1 基于信道质量估计的分集合并技术设计 17

4.1.1 系统整体结构 17

4.1.2 天线方案选择 17

4.1.3 分集接收结构 17

4.2 基于信道质量估计的分集合并技术实现 18

4.2.1 信道估计实现 19

4.2.2 分集接收技术实现 20

4.2.3 仿真结果分析 21

第5章 总结与展望 22

5.1 论文总结 22

5.2 下一步研究工作 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

当前，随着经济和社会的持续发展，人们对无线移动通讯的关注度也越来越高。多输入多输出（MIMO）技术已经成为无线通信的成熟技术，并已被纳入LTE和Wi-Fi等无线宽带标准^[1]。一般来说，发射机/接收机配备的天线越多，可以传输的信号路径越多，则在数据速率和链路可靠性方面的性能越好。要付出的代价是硬件复杂性（RF放大器前端数量）以及两端信号处理的复杂性和能耗。

随着人们对移动通信系统的传送速率和服务质量的要求也越来越高，传统的MIMO技术已经无法满足人们日益增长的无线移动通信的需求，下一代无线通讯核心技术的研究已经被提上了议程。大规模MIMO技术凭借其低能耗和高性能等优点，成为了5G移动通信的关键技术之一，逐渐成为国内外的研究热点。5G技术较4G技术要求更高的传输速率、更大的系统容量和更低的误码率，这需要增加天线数量，满足更多用户、更快速率的要求。

大规模MIMO技术是指在基站端用于服务用户的天线数目远多于现有系统中天线几个数量级的技术^[2]。大量数目天线的使用让波束能量可以集中于极小的空间，从而提高空间分辨率，这给吞吐量和能量效率的提升带来了巨大的改进，特别是当与大量用户终端（例如数十或数百个）同时调度结合时体现得更加明显。大规模MIMO最初是为时分双工（TDD）操作而设想的，但也会用于频分双工（FDD）操作。