3D MIMO场景下的波束赋形算法研究

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三维多入多出(3D multiple input multiple output,3D MIMO)技术是当前标准化的热点。波束赋形作为3DMIMO的核心技术,其可动态调整下倾角,增加系统容量和减小邻区干扰的特性,引起了广泛关注。本文针对上述特性做了相关研究,并针对现有算法在3D MIMO场景下复杂度较高,以及现有算法无法充分利用3D信道的特性等问题进行了相应的算法研究。主要内容包括以下三方面:(1)对不同多用户波束赋形算法进行评估。在2D MIMO系统中,不同的多用户波束赋形算法在线性天线阵列条件下,具有不同的优势。但是这些算法在3D MIMO场景下,在基站端为二维阵列的情况下,表现又如何?对此,本文通过3D实测数据对不同的天线阵列形态下不同的传统多用户波束赋形算法性能进行了评估,得到了不同算法的优劣,并对仿真结果进行了分析。(2)规则块对角化(Regularized Block Diagonalization, RBD)算法在3D场景下的研究。承接第一部分的研究结果,对综合表现较好的BD算法进行了进一步研究。RBD算法是一种用户多天线情况下的最小均方误差方法,其性能要优于BD算法。但在3D场景下由于基站端天线数目的大幅度提升,信道矩阵维度随之增大,致使RBD的算法的复杂度也随之大幅度提升,但是大维度的信道矩阵使得RBD算法的波束赋形矩阵具有特定结构,本文针对此发现提出一种新算法,并通过仿真和理论推导证明了该算法可以在不降低吞吐量性能的条件下,大幅度降低RBD算法的复杂度。(3)基于DFT (Discrete Fourier Transform)的3D波束赋形算法研究。相对于以上部分研究的闭环波束赋形算法,本文还对基于DFT的开环算法进行了研究。基于DFT的算法是一种和角度有关的算法,由于它的简洁度,被LTE采纳为多天线算法之一。但是在3D MIMO场景下,原有基于DFT的算法仅可以在水平方向调整波束指向,无法利用3D场景下可动态调整下倾角的特性。本文基于此对原DFT算法进行了改进,提出了一种基于DFT的3D波束赋形算法。结合3D信道模型对该算法进行了仿真验证,发现新算法在3D MIMO场景下有更好的性能。上述三点为本文的主要工作。希望能对其它从事3D MIMO场景下波束赋形算法研究的人提供参考和依据。
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