SA-MIMO系統(tǒng)容量分析及傳輸技術(shù)研究.pdf

1、SA-MIMO(Smart Antenna MIMO)是將智能天線與MIMO技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種多天線無(wú)線傳輸技術(shù)，既具有智能天線電波定向發(fā)送從而避免干擾的優(yōu)點(diǎn)，也具備MIMO傳輸高頻譜效率的優(yōu)點(diǎn)，因而具有重要應(yīng)用前景。本文針對(duì)SA-MIMO系統(tǒng)的容量與傳輸層面的應(yīng)用展開了研究，具體工作如下:
　　一、研究了點(diǎn)到點(diǎn)SA-MIMO系統(tǒng)的瞬時(shí)容量問(wèn)題。主要工作:1）首先根據(jù)點(diǎn)到點(diǎn)SA-MIMO系統(tǒng)的模型，給出了SA-MIMO系統(tǒng)容量的數(shù)

2、學(xué)優(yōu)化問(wèn)題，該問(wèn)題是功率分配和波束成型加權(quán)矢量聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題。2）由于優(yōu)化問(wèn)題不是凸優(yōu)化問(wèn)題，給出問(wèn)題的閉式解比較困難，本文針對(duì)接收端或發(fā)射端只有一組智能天線陣列的兩種特殊場(chǎng)景，推導(dǎo)了容量的閉式解。3）此外，研究了發(fā)送端和接收端都只有2組智能天線陣列特殊場(chǎng)景的容量?jī)?yōu)化問(wèn)題的求解。4）最后，針對(duì)一般情形的SA-MIMO系統(tǒng)，給出了容量的一個(gè)上界。
　　二、研究了點(diǎn)到點(diǎn)SA-MIMO系統(tǒng)的遍歷容量問(wèn)題。假定發(fā)送端未知信道狀態(tài)信息，僅接收

3、端能夠知道信道信息，發(fā)送端采用等功率發(fā)送策略。1）首先，在發(fā)送端采用不相關(guān)多天線、接收端采用多組智能天線陣列的條件下，推導(dǎo)了低信噪比時(shí)遍歷容量的上下界。2）分別在發(fā)送端僅有1組智能天線陣列與接收端僅有1組智能天線陣列兩種特殊場(chǎng)景下，推導(dǎo)了遍歷容量的閉式表達(dá)式。3）然后利用Jensen不等式得到一般SA-MIMO系統(tǒng)遍歷容量的上界，之后根據(jù)最大比發(fā)送和最大比接收得到SA-MIMO系統(tǒng)遍歷容量的一個(gè)下界。最后通過(guò)仿真對(duì)所提出的上下界性能進(jìn)行

4、驗(yàn)證。
　　三、研究了SA-MIMO系統(tǒng)多用戶和容量問(wèn)題。在給出多用戶上行、下行SA-MIMO系統(tǒng)的接收信號(hào)模型的基礎(chǔ)上，分別建立了上行、下行SA-MIMO系統(tǒng)的和容量數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，推導(dǎo)了上行系統(tǒng)和容量的一個(gè)上界。仿真表明上界估計(jì)具有很好的容量近似。
　　四、研究了上行多用戶SA-MIMO系統(tǒng)在和速率受限情形下，發(fā)送總功率優(yōu)化問(wèn)題。1）給出了該問(wèn)題對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并對(duì)該優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了理論分析，優(yōu)化問(wèn)題可通過(guò)多用戶迭代注水

5、功率分配方案降維轉(zhuǎn)化為智能天線波束成型矢量?jī)?yōu)化問(wèn)題;2）然后，利用最大右奇異向量功率分配方案得到發(fā)送總功率優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)次優(yōu)解。
　　五、研究了下行多用戶SA-MIMO系統(tǒng)中斷概率受限情形下，發(fā)送總功率最小化問(wèn)題。1）本文首先建立發(fā)送總功率優(yōu)化模型，分析了用戶之間中斷概率的相互關(guān)系。2）然后假定智能天線波速成型矢量給定時(shí)可將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為幾何規(guī)劃問(wèn)題，從而可以利用傳統(tǒng)的內(nèi)點(diǎn)算法或依賴域算法求解。3）利用中斷概率等價(jià)表達(dá)式的上界，推