3DMIMO建模及其场景下预编码技术的研究详解
MIMO预编码的研究
H k Vk ,0 0
块对角化线性预编码
若令
Wk Vk ,0
则有
HkWk 0
is arbitrary matrix
从而可得
HiWk 0 for all k i
消除了用户间的干扰
块对角化线性预编码
考虑到
Wk Vk ,0
is arbitrary matrix
块对角化线性预编码
从而，之前两个最优化问题可以表述如下： 1. K
maximize
R
k 1 k
k Nk
subject to Rk log 2 I H kWkWkH H kH log 2 (1 pk (i )k2 (i ))
i 1 H H tr ( W W ) p ( i ) P ( for E s s k k k T k k I) k 1 k 1 i 1 K K Nk
更普遍的情况是，接收端多天线，此时迫零算法不再适 用，基于奇异值分解（SVD）的块对角化算法被提出。
mn A C (r rank ( A) 0) 定理2：矩阵 r
阵U和n阶酉矩阵V，使得：
，则存在m阶酉矩
0 H 0 H A U V U [V1 V0 ] 0 0 0 0
H kWk 0 Wk C Nt Nk
块对角化线性预编码
根据前面讨论所得，可令
Wk Vk ,0Vk Pk1/2
带入前式可得
H k
Pk1/2is a diagonal matrix
H H
tr (WkW ) tr (Vk ,0 Vk Pk Vk Vk ,0 ) tr ( Pk Vk ,0 Vk Vk Vk ,0 ) =tr ( Pk ) pk (i )
无线通信MIMO系统预编码技术研究
无线通信MIMO系统预编码技术研究无线通信MIMO系统预编码技术研究摘要：无线通信技术的快速发展使得人们对数据传输速率、网络可靠性和传输质量等方面的要求越来越高。
多输入多输出（MIMO）技术以其高速率和可靠性而备受瞩目。
MIMO系统中预编码技术的研究成为关键领域，本文将重点讨论无线通信MIMO系统预编码技术的研究。
一、引言随着无线通信技术的迅猛发展，无线通信系统正不断向更大容量、更高速率和更低延迟的方向发展。
MIMO技术作为无线通信系统中的重要技术之一，通过利用多个天线在空域上并行传输数据，提高了系统的数据传输速率和频谱效率。
预编码技术在MIMO系统中起到了至关重要的作用，可以有效地抑制多径干扰，提高系统的可靠性和传输质量。
二、MIMO系统基本原理MIMO系统的基本原理是利用多个发射天线和接收天线之间的多径传播效应，通过空域上并行传输数据，从而提高系统的数据传输速率和频谱效率。
在MIMO系统中，发射端使用预编码技术将数据进行编码，接收端则使用解码技术将收到的信号还原为原始数据。
三、预编码技术分类预编码技术主要分为基于线性预编码和非线性预编码两大类。
1. 基于线性预编码技术基于线性预编码技术主要包括零迹预编码（ZPC），迹优化预编码（TOCP），全局发射矩阵（GEM）等。
零迹预编码是最简单的线性预编码技术，通过将数据与预定的预编码矩阵相乘，将数据编码为多天线的发送信号。
迹优化预编码则是在零迹预编码的基础上，进一步优化发送信号的功率。
全局发射矩阵是一种采用全局信息的预编码技术，可以充分利用信道状态信息来优化预编码矩阵。
2. 基于非线性预编码技术基于非线性预编码技术主要包括零力预编码（ZLC），最大化信噪比预编码（MRT），最大化合理比率合并（MRRC）等。
零力预编码技术是一种无需信道状态信息的预编码技术，可以有效地抑制多径干扰。
最大化信噪比预编码技术则是通过最大化接收信号的信噪比来优化预编码矩阵。
OFDM和MIMO系统中的预编码技术研究
OFDM和MIMO系统中的预编码技术研究OFDM和MIMO系统中的预编码技术研究引言：在现代通信系统中，容量和传输速度是关键性能指标之一。
为了增加系统的容量和提高传输速度，研究者们一直在致力于寻找新的通信技术。
正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）系统是当前最为重要的通信技术之一，被广泛应用于4G和5G移动通信系统、Wi-Fi以及其他无线通信系统中。
本文将介绍OFDM和MIMO系统以及预编码技术在这两种系统中的应用研究。
一、OFDM系统简介OFDM是一种将高速数据流分为多个低速子流并在不同载波上进行传输的技术。
它具有抗多路径效应、频谱效率高和传输效果稳定等优点。
在OFDM系统中，信号被转换为一组并行传输的低速子载波，每个子载波都用于传输少量数据。
在接收端，这些子载波上的数据被合并以恢复原始信号。
二、MIMO系统简介MIMO是一种利用多个天线同时传输和接收数据的技术。
通过在发射端和接收端使用多个天线，MIMO系统可以将数据流分配到多个子信道中，从而实现多路复用和增强信号的强度。
MIMO系统可以提高信道容量、抵抗信号衰落以及提高系统可靠性。
三、预编码技术在OFDM系统中的应用研究1. 空间分集预编码技术空间分集预编码技术是利用发射端的多个天线在空间域上形成多个相互独立的虚拟子信道，实现多输入单输出（MISO）系统。
预编码矩阵通过将输入序列分配给不同的发射天线，使得接收端能够接收到多个相互独立的子信道上的信息。
这种技术可以提高系统的可靠性和鲁棒性。
2. 多用户预编码技术多用户预编码技术是在多用户多天线（MU-MIMO）系统中应用的一种技术。
在MU-MIMO系统中，多个用户同时进行数据传输，预编码技术可以通过分配不同的预编码矩阵和权重向量，提高系统的容量和吞吐量。
此外，预编码技术还可以减少用户之间的干扰，提高系统的性能。
四、预编码技术在MIMO系统中的应用研究1. 空间分布预编码技术空间分布预编码技术是一种利用MIMO系统的空间多样性提高系统性能的技术。
3D MIMO建模及其场景下预编码技术的研究
下一代通信系统理论与技术研究室
课题研究内容-3DMIMO系统级仿真平台
ARQ进程模块
初始化模块
业务模块
初始化模块：将仿真运行中的参数及变量进行初始 化赋值。 ARQ进程模块：ARQ进程模块，实现对ACK/NACK 反馈的处理过程，以及对发送缓存的相应清空、标 记等。 业务模块：根据业务模型，生成业务，产生数据包 ，并对新生成的数据包进行L2和L3层的编号。
背景：
移动通信发展现状 • 4G已在全球完成广泛部署，并开始大规模商用 • 无线业务流量在未来十年将增长约1000倍。
为满足面向2020年及未来的业务应用需求，需要研究 未来的5G技术演进路线，提出满足未来5G关键性能指 标的5G系统方案，推进5G相关技术的标准化。
下一代通信系统理论与技术研究室
课题背景
4
5
学位论文架构
课题研究进度及安排
研究进度及安排
开题报告撰写阶段 2015.92015.12 阅读文献了解研究背景、发展现状及问题，找到研究重点 及任务，完成开题报告。读文献了解研究背景、发展现状 及问题，找到研究重点及任务，完成开题报告。
理论研究分析阶段 2016.12016.3 进一步学习理论知识，提出具体算法方案，并对方案进行 可行性分析及理论分析。 析及理论分析。 仿真研究分析阶段 2016.42016.7 真对方案进行仿真，对仿真结果进行分析。 ，对仿真结果进行分析。 论文撰写阶段 2016.82016.10 整理文档完成论文撰写。 文档完成论文撰写。
目录
1 2 3
课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
4
5
学位论文架构
课题研究进度及安排
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MIMO系统线性预编码算法研究的开题报告
MIMO系统线性预编码算法研究的开题报告一、研究背景在移动通信领域，由于信道复杂性和多径效应的影响，多天线技术已经成为提高无线通信系统容量和可靠性的有效手段。
多输入多输出（MIMO）系统是一种利用多天线技术的无线通信系统。
其中，预编码技术是一种用于解决MIMO系统中信道干扰和噪声等问题的有效技术，它通过发射端对发送数据进行线性变换，以最大化接收端的信号质量，从而提高无线传输的可靠性和效率。
然而，当前的MIMO线性预编码算法还存在许多问题，比如运算复杂度高、实时性差、天线数目限制等。
为了解决这些问题，需要对MIMO 线性预编码算法进行深入研究。
二、研究内容本文将围绕MIMO系统线性预编码算法展开研究，具体内容包括：1.分析目前流行的MIMO线性预编码算法的优缺点，包括ZF、MMSE、SVD等算法的原理、性能和适用条件。
2.提出一种优化的MIMO线性预编码算法，该算法应具有运算复杂度低、实时性好、适用于不同天线配置等特点。
3.通过仿真实验对该算法进行验证，并与其他已知的MIMO线性预编码算法进行比较，分析其优劣。
4.最后，将该算法应用于实际MIMO系统中，对其实际效果进行评估和验证。
三、研究意义本文研究MIMO系统线性预编码算法，对提高MIMO系统的传输效率、提高系统容量、提高无线通信的可靠性、降低系统成本等都有一定的促进作用。
同时，该研究结果对未来的无线通信技术的发展也具有一定的指导作用。
四、研究方法本文采用文献研究、理论分析、仿真实验等方法，对MIMO系统线性预编码算法进行深入研究。
其中，通过仿真实验对提出的算法进行验证，并与其他算法进行比较，以得出结论和评估结果。
五、论文结构本文将分为以下几个部分：1.引言：介绍MIMO系统全文的背景意义及实际应用意义。
2.相关技术介绍：介绍MIMO系统、线性预编码技术，分析目前流行的MIMO线性预编码算法及其优缺点。
3.算法设计：提出一种优化的MIMO线性预编码算法，并阐述算法设计思路和具体实现过程。
MIMO系统中预编码技术的研究的开题报告
MIMO系统中预编码技术的研究的开题报告1. 研究背景随着无线通信技术的快速发展，MIMO（多输入多输出）系统作为一种重要的无线通信技术，得到了广泛的应用。
MIMO系统通过多个天线间的信号传输与接收，提高了系统的信道容量和信号质量，并可以应对多径衰落等问题，因此在现代通信系统中被广泛应用。
然而，MIMO系统中信道矩阵往往是不确定的，这就给信号传输和接收带来了一定的难度，影响了系统的通信性能。
因此，研究预编码技术对MIMO系统的通信性能的提升具有重要的理论和实际意义。
2. 研究目的本研究旨在深入剖析预编码技术的原理和应用，探究预编码技术在MIMO系统中提高通信性能的机制，研究预编码技术对信道矩阵不确定性的适应性以及MIMO系统中基于预编码技术的多用户通信的实现方法。
3. 研究内容（1）预编码技术的原理和分类通过剖析预编码技术的原理和分类，对预编码技术的应用场景进行分类分析，为后续的研究打下基础。
（2）预编码技术在MIMO系统中的应用通过MIMO系统场景的建模和仿真实验，研究预编码技术在MIMO 系统中的应用，探究预编码技术对系统信道容量和信号质量的改善。
（3）预编码技术在不确定信道情况下的适应性研究研究预编码技术在不确定信道情况下的适应性，探究预编码技术的变化与信道矩阵参数的关系，为系统运行自适应预编码提供理论依据。
（4）基于预编码技术的多用户通信研究研究基于预编码技术的多用户通信方法，探究多用户预编码与用户选择、数据传输等因素的关系，并在仿真实验中加以验证。
4. 研究意义本研究可以深入探究预编码技术在MIMO系统中的应用，研究预编码技术对系统信号质量和容量的提升机制，有助于提高MIMO系统的通信性能，并为未来基于MIMO系统的通信技术发展提供理论支持。
同时，研究预编码技术在不确定信道情况下的适应性以及基于预编码技术的多用户通信方法，有助于构建更加灵活、高效、可靠的通信系统，推动通信技术的发展。
5. 研究方法本研究采用文献调研和仿真实验相结合的方法，通过对国内外学术论文和权威专著的综合分析，对预编码技术的原理、分类、应用场景以及MIMO系统的仿真建模等进行全面的理论研究。
MIMO系统中多用户预编码技术的研究的开题报告
MIMO系统中多用户预编码技术的研究的开题报告【摘要】MIMO系统的特点是通过在发射端同时使用多个天线和接收端同时使用多个天线来提高传输效率和可靠性。
在MIMO系统中，多用户预编码技术是一种有趣且实用的技术，它可以在多个用户之间有效地分配天线资源，并在同一频率、时间和空间上传输不同的信号。
多用户预编码技术已被广泛应用于无线通信、信号处理和信息论等领域，因此在本研究中，我们将重点研究多用户预编码技术在MIMO系统中的应用。
本研究的主要目标是探究多用户预编码技术在MIMO系统中的实现。
我们将会首先回顾MIMO系统和多用户预编码技术的基本概念和原理，然后介绍MIMO系统中多用户的应用场景，包括群组通信、多用户多输入多输出系统、多天线干扰消除等。
接下来，我们将重点介绍多用户预编码技术的设计和实现，包括预编码矩阵的构建、信息矩阵的映射和分配天线资源等。
此外，我们还将探讨多用户预编码技术的性能评估和应用实例。
本研究将采用实验和仿真的方法进行研究，利用MATLAB软件对多用户预编码技术在MIMO系统中的性能进行仿真分析。
我们将使用benchmark数据集和自行生成的数据集进行仿真实验，并对不同的参数和算法进行比较。
最后，本研究将得出结论并提出未来的研究方向。
【关键词】MIMO系统；多用户预编码；群组通信；多天线干扰消除；性能评估。
【Abstract】MIMO system is characterized by using multiple antennas at the same time in the transmitter and multiple antennas at the same time in the receiver to improve transmission efficiency and reliability. Multiple user precoding technology is an interesting and practical technology in MIMO system, which can effectively allocate antenna resources among multiple users and transmit different signals on the same frequency,time and space. Multiple user precoding technology has been widely applied in wireless communication, signal processing and information theory, so in this study, we will focus on the application of multiple userprecoding technology in MIMO system.The main objective of this study is to explore the implementationof multiple user precoding technology in MIMO system. We will first review the basic concepts and principles of MIMO system and multiple user precoding technology, and then introduce the application scenarios of multiple users in MIMO system, including group communication, multiple user multiple input multiple output system, multi-antenna interference cancellation, etc. Next, we will focus on the design and implementation of multiple user precoding technology, including the construction of precoding matrix, mapping of information matrix and allocation of antenna resources. In addition, we will also explore the performance evaluation and application examples of multiple user precoding technology.This study will use experimental and simulation methods to study,use MATLAB software to simulate and analyze the performance of multiple user precoding technology in MIMO system. We will use benchmark datasets and self-generated datasets for simulation experiments, and compare different parameters and algorithms. Finally, this study will draw conclusions and propose future research directions.【Keywords】MIMO system；multiple user precoding technology；group communication；multi-antenna interference cancellation；performance evaluation.。
MIMO多用户广播信道预编码技术的研究的开题报告
MIMO多用户广播信道预编码技术的研究的开题报告
题目：MIMO多用户广播信道预编码技术的研究
背景：
在当今的通讯系统中，多输入多输出（MIMO）技术已经被广泛应用。
而多用户广播信道是一种常见的通讯方式，它可以将信息同时广播给多
个接收端，从而提高信道利用率。
然而，在MIMO多用户广播信道中，
多个接收端之间会产生干扰，因此需要考虑预编码技术来优化系统性能。
研究内容：
本研究将探讨MIMO多用户广播信道预编码技术对系统性能的影响。
具体而言，我们将研究：
1. 多用户广播信道的传输模型及其数学描述。
2. MIMO技术在多用户广播信道中的应用方式。
3. 常用的预编码技术及其优缺点。
4. 对比不同预编码技术在MIMO多用户广播信道中的性能表现。
5. 对预编码技术进行优化，进一步提升系统性能。
研究意义：
本研究将深入探究MIMO多用户广播信道预编码技术的应用，并且
通过研究预编码技术的选择和优化来提高系统性能。
我们的研究成果将
对现有的通信系统提供有益参考，促进通讯技术的发展。
研究方法：
本研究将采用计算机仿真的方法来验证不同预编码技术在MIMO多
用户广播信道中的性能表现，并进一步优化预编码技术，以提高系统性能。
预期结果：
通过本研究，我们将深入探讨MIMO多用户广播信道预编码技术的应用，对比不同预编码技术的优缺点，并通过优化预编码技术提高系统性能。
我们的研究成果将为通讯系统的优化和改进提供有益的启示。
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2.1 引言
2.2 天线阵列的概念及原理 2.3 3D MIMO信道建模 2.4 预编码技术的研究 2.5 本章小结 第三章 3D MIMO信道建模研究 3.1 引言 3.2 3D MIMO信道建模 3.3 本章小结
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目录
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课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
1 v m1 u m 2 ( v u ) ' Q m2 p m1'
vm
1
：水平维DFT矢量
2p 4
u m ：垂直维DFT矢量
2
p
：e
,p 0, 1, 2, 3
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课题研究内容-天线端口配置
16端口和12端口CSI-RS天线阵列配置
背景：
未来的无线通信系统需要在保证服务质量的前提下，在很大的带
宽中得到很高的频谱利用率，从而大大提高传输速率。多输入多
输出（MIMO）是提高系统容量和传输质量的有效方法，为了实 现MIMO系统的性能增益，我们可以采用预编码技术。在实际系
统中，发送端需要事先得到接收端反馈回的信道状态信息，才能
计算出预编码矩阵，并进行预编码处理。
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选题目的与意义
目的与意义：
为了实现MIMO系统的性能增益，人们提出了很多有效的算法，
预编码技术就是其中之一。通过预编码，我们可以把MIMO信道
分解为多个并行的子信道，进行多个子流的传输，即空间复用， 从而达到提高系统容量的目的。预编码技术的另一个好处就是可
以把复杂的信号处理放在发送端，以降低接收端的复杂度。这样，
接收端往往只需要进行线性检测，而不需要采用复杂的非线性的 最大似然检测。
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目录
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课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
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学位论文架构
课题研究进度及安排
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课题研究现状
下一代通信系统理论与技术研究室
课题研究现状
下一代通信系统理论与技术研究室
4
5
学位论文架构
课题研究进度及安排
研究进度及安排
开题报告撰写阶段 2015.92015.12 阅读文献了解研究背景、发展现状及问题，找到研究重点 及任务，完成开题报告。读文献了解研究背景、发展现状 及问题，找到研究重点及任务，完成开题报告。
理论研究分析阶段 2016.12016.3 进一步学习理论知识，提出具体算法方案，并对方案进行 可行性分析及理论分析。 析及理论分析。 仿真研究分析阶段 2016.42016.7 真对方案进行仿真，对仿真结果进行分析。 ，对仿真结果进行分析。 论文撰写阶段 2016.82016.10 整理文档完成论文撰写。 文档完成论文撰写。
口，在3GPP Release 12中已经逐步提出了12和16天线端口，
但是码本设计基于2D信道。而在3GPP Release 13中已经开始
逐步研究3D码本，并用于12和16天线端口。
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课题研究内容-3DMIMO场景优势概述
MS1和MS2在不 同的水平方位角 上，因此利用传 统的波束赋形技 术就可以将他们 区分，而对于处 在同一水平角上 的MS3和MS4来 说，就需要垂直 维度上的波束赋 形来区分了
资源调度模块：根据比例公平调度算法，在每个RB 上计算所有用户的优先级，根据优先级大小调度资 源块，选择一个用户，然后根据该用户和其他用户 的关系（预编码矩阵相关性最小或两个用户与基站 角度差大于45）来选择和该用户在该RB上配对的用 户。 干扰计算模块：根据小区-用户之间的信道，物理资 源分配的结果等信息，计算各通信链路的信噪比情 况，通过查询曲线，确定数据的传输情况，形成 ACK反馈、存储CQI信息、反馈CQI信息，进行 SVD分解得到预编码V矩阵、反馈V矩阵，对AMC 冗余进行加减。
目录
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课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
4
5
学位论文架构
课题研究进度及安排
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研究课题的提出
以往对于预编码技术的研究均基于2D码本，其性能及码本数量 均有待进一步研究，现在我们提出并设计了3D码本，并进行性 能评估。 信道状态信息测量导频（CSI-RS）用于信道信息（如CQI、 PMI、RI等）的测量，在以前的研究中，可最大支持8个天线端
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课题研究内容-预编码技术
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课题研究内容-预编码技术中码本设计
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课题研究内容-3D码本设计
预编码矩阵
W m1 ,m 2 ,m1',m 2',p w 0 w 1 ... w Q
Q 2N 1 N 2
t
23
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Thank You !
调度模块
干扰计算模块
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课题研究内容-预编码技术
两个2D 预编码 PMI进行 Kronecker积 基于码本 通过CSI-RS来直接反 馈一个3D PMI 预编码技术
基于非码本
TDD系统通过上行 UL sounding来获 得下行信道信息
FDD系统可以通过 专用导频来回的对 应的信道信息
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可行性分析
1、3D波束赋型技术调整波束主瓣的水平角度和垂 直角度，可有效的追踪用户。 2、已有的3D MIMO仿真平台，依据3GPP Release 12 及Release 13已有结论提出的3D MIMO 标准化项目，评估3D信道码本设计方案， 为研究的进行提供了平台支撑。 3、本课题提出的预编码技术方法： 1）码本设计基于克罗内克积，创造性的结合水平 维和垂直维进行码本设计； 2）通过调整波束的beam数，以及调制编码方式， 并依据最大吞吐量选择码本。
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课题研究方法
仿真验证
建立3D 信道模型并实现预编码矩阵，完善LTE-A系统
级平台，验证预编码码本的性能及合理的天线端口配置 的性能。
预期目标
建立3DMIMO信道模型，设计3D 预编码码本 ，在提
高小区的容量，提高小区的传输速率的同时，兼顾码本
选择和码本反馈的复杂性。
背景：
移动通信发展现状 • 4G已在全球完成广泛部署，并开始大规模商用 • 无线业务流量在未来十年将增长约1000倍。
为满足面向2020年及未来的业务应用需求，需要研究 未来的5G技术演进路线，提出满足未来5G关键性能指 标的5G系统方案，推进5G相关技术的标准化。
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课题背景
LOGO
3D MIMO建模及其场景下 预编码技术的研究
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导师： 报告人：
2015年12月31日
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目录Βιβλιοθήκη 1 2 3课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
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学位论文架构
课题研究进度及安排
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课题背景
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目录
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课题背景及选题意义 课题研究现状及发展 研究内容及研究方法
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学位论文架构
课题研究进度及安排
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学位论文架构
第一章 绪论 1.1. 课题研究背景及意义 1.2. 课题研究内容 1.3. 论文结构安排 第二章 3D MIMO相关技术研究综述 第四章 预编码技术研究优化算法 4.1 引言 4.2 码本设计 4.3CSI-RS天线端口配置 4.4 性能仿真与分析 4.5 本章小结 第五章 总结与展望 5.1. 论文工作总结 5.2. 未来工作展望
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课题研究内容-3DMIMO系统级仿真平台
ARQ进程模块
初始化模块
业务模块
初始化模块：将仿真运行中的参数及变量进行初始 化赋值。 ARQ进程模块：ARQ进程模块，实现对ACK/NACK 反馈的处理过程，以及对发送缓存的相应清空、标 记等。 业务模块：根据业务模型，生成业务，产生数据包 ，并对新生成的数据包进行L2和L3层的编号。