大规模分布式MIMO系统中载波频差的相位补偿及预编码算法研究

Massive distributed MIMO is a key technology for next-generation mobile communication networks, however, in practical system, phase offsets caused by carrier frequency differences between different distributed base stations severely degrade system performance. This issue has led to some theoretical research, but a complete model and solution for practical systems still needs further study. This project takes the practical massive distributed MIMO system as the starting point, and focuses on the phase compensation algorithm, precoding algorithm and user selection algorithm under the condition that the base station carrier frequency unsynchronized. This project first designs the carrier frequency synchronization method between massive distributed MIMO base stations, and proposes an estimation algorithm for residual phase offset. Then, based on the estimated residual phase offset, a distributed MIMO precoding algorithm that can effectively process the phase offset is studied. Finally, based on the different residual phase offset and precoding algorithm between multiple users, the user selection mechanism of downlink transmission is proposed to maximize the system spectrum efficiency. In addition, the project plans to build a massive distributed MIMO prototype based on the USRP software radio platform for theoretical verification and performance evaluation. The research of this project can provide theoretical basis and system architectural reference for the practical application of massive distributed MIMO.

大规模分布式MIMO是下一代移动通信网络的关键技术，但在实际系统中，不同分布式基站之间由于载波频率不同步引起的相位偏移严重降低系统性能。这个问题已经引发了一些理论研究，但是面向实用系统的完整模型和解决方案仍需进一步研究。本项目以搭建实际可用的大规模分布式MIMO系统为切入点，着重研究在基站载波频率不同步条件下的相位补偿算法、预编码算法、以及用户选择算法。本项目首先设计大规模分布式MIMO基站间的载波频率同步方法，并针对残余相位偏移提出估测算法。然后，根据估测的残余相位偏移，研究能有效处理该相位偏移的分布式MIMO预编码算法。最后，基于多用户间不同的残余相位偏移和预编码算法，提出下行传输的用户选择机制，最大化系统频谱效率。此外，本项目拟搭建基于USRP软件无线电平台的大规模分布式MIMO验证机用于理论验证和性能测试。本项目的研究可对大规模分布式MIMO的实用化提供理论依据和系统架构参考。

本项目主要研究大规模分布式多入多出（Massive Distributed MIMO）的系统实现，它是下一代移动通信网络的关键技术。然而，在实际系统中，不同分布式基站之间的载波频率差引起的相位偏移严重降低了系统性能。这个问题已经引发了一些理论研究，但是实际系统的完整模型和解决方案仍然需要进一步研究。..本项目以实际的大规模分布式MIMO系统为起点，专注于在基站载波频率不同步的情况下的相位补偿算法、预编码算法和用户选择算法。该项目首先设计了大规模分布式MIMO基站之间的载波频率同步方法，并提出了残余相位偏移估计算法。然后，基于估计的残余相位偏移，研究了一种能有效处理相位偏移的分布式MIMO预编码算法。最后，基于多个用户的不同残余相位偏移和预编码算法，提出了下行传输的用户选择机制，以最大化系统频谱效率。..本项目在理论上和实际上都进行了研究和验证。在理论方面，通过数学建模和优化方法验证了算法的正确性和有效性；在系统方面，通过基于USRP软件无线电平台搭建的大规模分布式MIMO原型系统进行了性能评估。研究结果表明，所提出的相频同步方法、残余相位偏差估计算法和分布式MIMO预编码算法在实际系统中具有很好的应用前景。同时，基于多用户不同的残余相位偏差和预编码算法的用户选择机制也能够最大化系统频谱效率。综上所述，本项目的研究成果可以为实际应用中的大规模分布式MIMO提供理论依据和系统架构参考，具有一定的实际应用价值。