【導讀】題目：應簡潔、明確、有概括性，字數(shù)不宜超過20個字；摘要：要有高度的概括力，語言精練、明確，中文摘要約100—200字；寫作的目的、現(xiàn)實意義、對所研究問題的認識，并提出論文的中心論點等。言要寫得簡明扼要，篇幅不要太長。本論是畢業(yè)論文的主體，包括研究內(nèi)容與。在本部分要運用各方面資料，分析問題，論證觀點，盡量反映出自己的科研能力和學術(shù)水平。結(jié)論是畢業(yè)論文的收尾部分，是圍繞。本論所作的結(jié)束語。其基本的要點就是總結(jié)全文，加深題意；有關(guān)人員表示謝意；料，所列參考文獻應按文中參考或引證的先后順序排列。對5G網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀,以及本課題所研究的主要內(nèi)容；第二部分，介紹了5G網(wǎng)絡的應用場景、標志、指標、技術(shù)方向；什么大規(guī)模天線技術(shù)會成為5G網(wǎng)絡潛在的無線的關(guān)鍵技術(shù)；闡述了本次設計中遇到的難點和存在的問題，以便今后完善。[4]中興通訊.用技術(shù)創(chuàng)新勾畫5G網(wǎng)絡藍圖[J].通信產(chǎn)業(yè)報,2020.

　　

【正文】 特征，在很大程度上，多址接入技術(shù)是移動通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。 下表 為四種新型的多址技術(shù)： 表 四種多址技術(shù)的比較 多址技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 優(yōu)點 缺點 非正交多址接入（ NOMA） 1 SIC（串行干擾刪除） 檢測 2 功率域復用 1 無明顯遠近效應 2 上下鏈路的頻譜效率提升 3 下行鏈路吞吐量提升 高 仍在研究中 稀疏編碼多址接入技術(shù)（ SCMA） 1 低密度簽名算法 2 高維調(diào)制技術(shù) 3 通過 MPA進行近似最優(yōu)檢測 1 頻譜效率提升 3倍以上 2 上行鏈路系統(tǒng)容量提升 3 相較于 OFDMA，下行鏈路小區(qū)的吞吐量提升，增益提升 1 最優(yōu)碼的設計和實現(xiàn)比較難 2 用戶間干擾增加 圖分 多址接入（ PDMA） 1 適合復雜度的 SIC的聯(lián)合 /整體設計 2 低復雜度最大似然 SIC檢測 1 下行鏈路頻譜效率提升 2 上行鏈路系統(tǒng)容量提升 23倍 1 圖樣的設計和最優(yōu)化的實現(xiàn)較難 2 用戶間干擾增加。 多用戶共享接入（ MUSA） 1 SIC 檢測 2 復數(shù)域多元碼 3 疊加編碼和疊加信號擴頻技術(shù) 1 較低的塊出錯率 2 支持大規(guī)模用戶接入量 1 傳輸信號的設計比較難 2 用戶間干擾增加 14 第 4 章 大規(guī)模天線傳輸技術(shù) 大規(guī)模天線系統(tǒng)設計 大規(guī)模天線系統(tǒng)中，受到 5G 毫米波技術(shù)的影響，使得天線尺寸能夠足夠的小，在單位面積內(nèi)可以布置大量的天線 ，根據(jù)以往 4G 所采用的 8 根天線的 MIMO 系統(tǒng) [19]， 其傳輸原理，獲得設計理念，將以往的天線用天線塊來代替，并布置更多的天線塊，實現(xiàn)空間重用，在天線塊的布置中每個天線間的間距為半波長，每個天線塊之間的間距為 十個波長，并且能夠多個天線塊同時同一終端傳輸信息，來實現(xiàn)空間分集、波束 賦形 。 根據(jù)該理念來設計大規(guī)模天線系統(tǒng)。 圖 大規(guī)模天線 系統(tǒng) 架構(gòu)設計 設計的大規(guī)模天線系統(tǒng)如圖 ， 在該大規(guī)模天線系統(tǒng)中，實現(xiàn)空間分集和空間復用功能是以子天線塊為單位，每個子天線塊相當于多天線中的每個子天線，圖 中所示的每個終端，至少接收 2 個子天線塊發(fā)送的信號以實現(xiàn)空間分集。利用 10 個子天線塊來支持 4 個終端，使該大規(guī)模天線系統(tǒng)可實現(xiàn)空間復用。而實現(xiàn)波束賦形功能同樣是以子天線塊為單位， 每個子天線塊 是一個陣元數(shù)為 n m q 的陣列模塊，所以圖 中的每個子天線塊發(fā)送的信號都是賦形波束。該系統(tǒng)中，由 N M 個子天線塊組成的多天線是一個二維系統(tǒng)，由 n m q 的陣元組成的陣列是一個三維系統(tǒng)，所以， 該 大規(guī)模 MIMO 天線中的總陣元數(shù)為 NM n m q，是一個真正的大規(guī)模天線系統(tǒng)。 系統(tǒng)模型上的優(yōu)勢 將 傳統(tǒng) MIMO 系統(tǒng)和 該 大規(guī)模天線系統(tǒng)的的系統(tǒng)模型 進 行對比 ，從基本模型對比來說明 大規(guī)模天線 系統(tǒng)的優(yōu)勢。 15 傳統(tǒng) MIMO 系統(tǒng) MIMO 技術(shù)在通信領(lǐng)域的早期便已經(jīng)被提出，其能夠增強通信。傳統(tǒng)通信系統(tǒng)，一開始為單對單，即只有一個發(fā)射端，一個接受端，隨著通信系統(tǒng)不斷的發(fā)展，天線系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展，先后出現(xiàn)了多輸入對單輸出的天線系統(tǒng)和單輸入對多輸出的天線系統(tǒng)，并在 20 世紀 90 年代中期，多輸入多輸出的天線系統(tǒng)， MIMO（ Multiple Input Multiple Output）系統(tǒng)應時而生。多輸入多輸出天線系統(tǒng)對為通信系統(tǒng)頻譜效率的提高極為有效，MIMO 系統(tǒng)成為通信領(lǐng)域中不可缺失的重要組成。 （ 1） MIMO 系統(tǒng)模型 MIMO 系統(tǒng)如上面所述，為多輸入多輸出的天線系統(tǒng)，其在接收端和發(fā)射段都使用多個天線單元，數(shù)據(jù)能夠分解并利用多個天線來同時進行發(fā)射和接收，這種將數(shù)據(jù)先分解成小片段，然后并行發(fā)射，接受后在恢復，能夠極大的提高傳輸?shù)乃俾省? 圖 MIMO 系統(tǒng)的簡化模型 MIMO系統(tǒng)的傳輸模型如圖 示，在 MIMO天線系統(tǒng)的發(fā)射端有 M根發(fā)射 天線，在 MIMO系統(tǒng)的接收段有 N根 接收 天線，這樣， 整個天線傳輸 鏈路就可以達到 M N條，用 H 來表示 . H = (?11 … ?1??? ? ????1 … ?????) （ 41） 其中 H ∈ ??????， ??????表示第 n 根 天線發(fā)射 到第 m 根天線的 通信 鏈路，在 MIMO 系統(tǒng)中，接受端收到的 信號為： r = Hy +?? （ 42） 其中 y ∈ ????1表示發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)， n ∈ ????1為接受端天線收到的噪聲 。 16 大規(guī)模 天線 系統(tǒng) 大規(guī)模天線系統(tǒng)在第三章已經(jīng)進行過簡單的介紹，大規(guī)模 天線系統(tǒng) 是一種形式的MUMIMO（多用戶多入多出） 系統(tǒng)，其中 基站端 天線的數(shù)量 很多。在大規(guī)模 天線系統(tǒng)中，數(shù)百或數(shù)千個 基站 天線同時為相同頻率的數(shù)十或數(shù)百個用戶提供服務資源。大規(guī)模天線中基站的部分將裝備大量的天線，大概 100 及以上，并能夠同時的服務某一單天線的終端， 大規(guī)模天線系統(tǒng)的 天線 結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 大規(guī)模天線技術(shù)的結(jié)構(gòu) （ 2） 大規(guī)模天線系統(tǒng) 的系統(tǒng)模型如圖 所示 圖 大規(guī)模天線 系統(tǒng)的簡化模型 如圖 所示的大規(guī)模天線系統(tǒng) [20]， 當有 L 個小區(qū)時， 在小區(qū)的基站 端布置 N 根天線， 同時 為 隨機的分布到小區(qū)中 的 K 個終端提供服務 。 對 l 小區(qū)內(nèi)全部的 終端到 j 小區(qū)內(nèi)的 J基站的信道矩陣可以表示為 ????,?? = (?1,??.??.?? ? ?1,??.??.??? ? ????,??.1.?? ? ???,??.??.??) = ????,??????,??1/2 （ 43） 17 其中 ????,?? = (??1,??,1,?? ? ??1,??,??,??? ? ?????,??,1,?? ? ????,??,??,??) （ 44） ????,?? = (????,1,?? ? 0? ? ?0 ? ????,??,??) （ 45） 大規(guī)模天線系統(tǒng)的優(yōu)勢 根據(jù) MIMO 系統(tǒng)的模型和 該 大規(guī)模天線 系統(tǒng)模型的對比， 該 大規(guī)模天線系統(tǒng)的基站端 的天線的數(shù)量有大幅度的增加， 而且能夠通過小區(qū)的基站為另一小區(qū)提供服務。 根據(jù)最基本天線系統(tǒng)的信道矩陣便可以看出 大規(guī)模天線 系統(tǒng) 的通信鏈路有明顯的增加，能夠在同一時間傳輸更多的信息。 系統(tǒng)頻譜效率上的優(yōu)勢 本節(jié)主要通過簡單介紹 MIMO 系統(tǒng)的頻譜效率和大規(guī)模天線系統(tǒng)的頻譜效率來從信息傳輸容量上說明大規(guī)模天線系統(tǒng)的優(yōu)越性。頻譜效率 是指在通信系統(tǒng)中的帶寬限制下，可以傳送的 數(shù)據(jù)的 總量。它是在有限的頻譜下，物理層通信協(xié)議 能 達到的使用效率的量度 [21]。 MIMO 系統(tǒng)的頻譜效率 MIMO 天線系統(tǒng)在發(fā)射端裝備 N 條天線，在接受端裝備 M 條天線，當 一定時間內(nèi)通信鏈路不變時，系統(tǒng)的頻譜效率 [22]為： C = log2(det(???? + ???????? ??????))?????????? （ 46） SNR 表示信噪比， H 為通信信道， N 為發(fā)射端天線數(shù)。 當天線信道具有良好的非相干性時，可以看作為 min (M,N)個 并行子信道 ,每個子信道理論上都擁有 shannon（香農(nóng)限） 信道容量極限。 相對于 MIMO 天線系統(tǒng)之前的天線系統(tǒng)， MIMO 天線系統(tǒng)的頻譜效率已經(jīng)得到了顯著的提高，但是 MIMO 系統(tǒng)的頻譜效率需要特定的的信道 狀態(tài) 之下條件才能獲得，在信道相關(guān)性較強的 MIMO 系統(tǒng)中，傳輸機制會被破壞，無法再 提高系統(tǒng)頻譜效率。 18 大規(guī)模天線系統(tǒng)上行鏈路 在基站端上行鏈路 [23]所收到的信號可以表示為 ： ???? = √?????????? +???? （ 47） 在公式（ 47）中， ????為 所有的 發(fā)送信號， ??????是發(fā)送信號 ????中的第 K 個 元素， H 是上行 信道 的矩陣 （單小區(qū)） ， ????為接收到的 噪聲。 ????為上行傳輸功率。 大規(guī)模天線 系統(tǒng)的頻譜效率為： C = log2(det(???? +??????????))?????????? （ 48） 在過去的實驗中已經(jīng)可以檢測出如式（ 48）的系統(tǒng)頻譜效率。當在基站端 放置大量天線，甚至趨于無窮時，信道向量 趨于 正交，這時可以無視終端之間的 干擾。 大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路 在大規(guī)模天線系統(tǒng)的下行鏈路端 [24]， ????表示接受到的信號，大規(guī)模天線系統(tǒng)的下行信道用置 ????來表示，終端收到的信號可以表示為： ???? = √???????????? +???? (49) ????表示從基站端發(fā)送出的信號， ????是零均值復高斯分布的加性噪聲， ????為下行傳輸功率。通過功率分配 大規(guī)模天線 系統(tǒng) 的 下行頻譜效率可表示為： C = max??? log2(det(???? +?????????????))?????????? (410) ??為正對角矩陣， 通過功率配置，可達到最高的頻譜效率。天線數(shù) 越大，就越容易得到接近信道容量的速率。 大規(guī)模天線系統(tǒng)在頻譜效率上的優(yōu)勢 結(jié)合上述頻譜效率公式，將公式（ 46）和（ 48）對比，當天線數(shù)量很大時，大規(guī)模天線技術(shù)上行鏈路的傳輸效率相對于傳統(tǒng) MIMO 系統(tǒng)的頻譜效率有顯著提高。將公式（ 46）和（ 410）對比，天線數(shù)量越大，大規(guī)模天線系統(tǒng)下行鏈路的頻譜效率相對 19 于傳統(tǒng)的 MIMO 系統(tǒng)越具有優(yōu)勢。大規(guī)模天線系統(tǒng)可以通過增加天線系統(tǒng)的中天線的數(shù)量來提高通信系統(tǒng)的頻譜效率 [25]，其頻譜效率相對于傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)而言有著顯著改善，提高了無線 傳輸 中 的數(shù)據(jù)和業(yè)務。 面對 通信可靠性的要求以及用戶密度的始終增加。 未來的無線通信需要新的技術(shù) ，大規(guī)模 天線系統(tǒng) 可以滿足這些需求?？紤]上行鏈路傳輸 （相同的參數(shù)可以用于下行鏈路傳輸。）有利傳播的條件（用戶之間的信道向量和基站 成對正交），上行鏈路傳輸?shù)目側(cè)萘繛? C?????? = ??log2(1+ ??????) （ 411） 在（ 411）中， K是復用增益， M為 陣列增益。 當 M和 K很大時 時，可以獲得很大的光譜效率和能量效率 ， 增加 K和 M， 可以 同時為更多用戶提供 更大的數(shù)據(jù) 吞吐量。 此外，加倍 基站端 天 線的數(shù)量， 可以將發(fā)射功率降低，而 保持原有的服務質(zhì)量。 傳播過程中的優(yōu)勢 傳輸關(guān)鍵參數(shù) 無線數(shù)據(jù)傳輸，要考慮的關(guān)鍵參數(shù)是無線吞吐量（比特 /秒） 其定義為： 吞吐量 =帶寬（ Hz） 頻譜效率（位 / s / Hz）。 顯然，為了提高吞吐量，需要 增加 帶寬或頻譜效率 [26]。 一個眾所周知的方式 就是使用更多的 天線。 在無線通信中，發(fā)射機和接收機 之間 傳輸?shù)男盘柋凰ヂ?和 衰減 是 由于多路徑傳播和傳播過程中的 障礙造成的 。 具有多輸入多輸出天線（ MIMO）的傳輸是 一種 能用 來提高通信的可靠性 的技術(shù) 。通過多個天線，可以發(fā)送多個 數(shù)據(jù) 流，因此，可以顯著改善通信的復用增益容量。 MIMO 系統(tǒng)在過去幾十年中得到了極大的關(guān)注 現(xiàn)在已被納入幾代新一代無線標準。 MIMO 系統(tǒng)傳輸原理 如圖 ，在發(fā)送端首先是對將收集到的信息和想要發(fā)送的信息進行數(shù)字調(diào)制，使信息變成能夠被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后再將調(diào)制之后所形成的數(shù)據(jù)進行串并之間的轉(zhuǎn)換，將一段串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多段能夠同時傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)，再將通過空時編碼后的每一段數(shù)據(jù)或幾段數(shù)據(jù)分配給一根天線，最后通過天線將數(shù)據(jù)進行傳輸。在接收端，整個過程與發(fā)射的順序剛好反過來，是通過天線接收到所需要信息的數(shù)據(jù)，然后在反空時編碼，再由并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)，然后通過解調(diào)，將數(shù)據(jù)還原成信息。 20 圖 MIMO 天線系統(tǒng)的傳輸 過程 MIMO 系統(tǒng)的缺陷與 大規(guī)模天線系統(tǒng) 的優(yōu)勢 在天線系統(tǒng)中，對 信號傳播 的容量、 速率和傳播可靠性提高主要是依賴空間分集，空間復用和波束 賦形 。其中空間分集是指 在基站或終端設備使用 多根天線 接受 相同信號 ，用以提高 接收到的 信號的質(zhì)量。 空間復用是指在同一頻帶上通過接受端和發(fā)射端的多根天線同時發(fā)送數(shù)據(jù)，來提高傳輸?shù)娜萘俊?波束 賦形