多用戶MIMO系統(tǒng)中用戶調度與波束賦形技術研究.pdf

1、多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術由于其可以有效提高系統(tǒng)的頻譜利用率和容量，從而明顯提高數(shù)據(jù)傳輸速率的優(yōu)勢而廣泛應用在各種無線通信系統(tǒng)之中，例如3GPP LTE/LTE-Advanced、IEEE WiMAX和WLAN等。然而在MIMO技術的實現(xiàn)上，上行MIMO的實現(xiàn)受到終端尺寸和復雜度的限制，在終端上配置多根天線難以實現(xiàn)，因此人們考慮引進一種虛擬MIMO（Virtual MIMO

2、，V-MIMO）技術。V-MIMO技術允許兩個或者兩個以上的終端在相同的時頻資源上同時傳輸，這樣在基站端看來，多個單天線終端組成了多天線從而與基站的多天線組成了 MIMO結構，利用空間分集和空間復用，提高了上行通信的可靠性和系統(tǒng)容量。V-MIMO技術的關鍵在于調度方案的選取，也就是如何選擇共信道用戶，這直接影響到 V-MIMO系統(tǒng)的性能。因為多用戶 MIMO系統(tǒng)的性能都受到用戶間干擾的限制，正確選擇用戶使得用戶間干擾最小，可以增加 V-

3、MIMO系統(tǒng)的頻譜效率，相反，不正確的選擇方式可能使系統(tǒng)的性能反而不如單輸入多輸出（Single Input Multiple Output，SIMO）傳輸。
　　波束賦形（Beamforming）技術也是一種能有效地抑制干擾，提升無線通信系統(tǒng)容量和誤碼性能的傳輸技術。波束賦形的原理在于使用戶的數(shù)據(jù)在傳輸過信道之前乘上預編碼向量，或者接收到的用戶數(shù)據(jù)在進行處理前乘上接收波束賦形向量，這樣使得基站發(fā)送或接收某用戶的數(shù)據(jù)時主瓣對準該用

4、戶信道方向，而零值點對準其他各干擾用戶。對于下行發(fā)送波束賦形用戶接收到信號后采用一定的合并方式便可以提取出有用信號，而上行接收波束賦形也是一種多用戶檢測（Multiple User Detection，MUD）技術，基站通過接收波束賦形從多個用戶的混合數(shù)據(jù)中提取出特定用戶的數(shù)據(jù)。通過合理的波束賦形向量設計，用戶間的共信道干擾可以得到有效的消除或減弱，因此該技術已經(jīng)作為IEEE802.16e標準的一部分，同時也被LTE-Advanced標

5、準所采用。
　　本文將多用戶 MIMO系統(tǒng)用戶調度和波束賦形兩個方面聯(lián)合進行研究，主要工作如下：
　　首先從上行和下行兩個角度總結分析了現(xiàn)有多用戶 MIMO用戶調度和波束賦形技術的研究現(xiàn)狀，并對現(xiàn)有問題進行了分析。
　　其次對于多用戶上行 V-MIMO通信，針對影響其系統(tǒng)性能的關鍵技術——用戶調度，基于其系統(tǒng)模型研究總結了幾種傳統(tǒng)的用戶配對算法。在分析傳統(tǒng)算法僅支持調度兩個用戶而不能充分利用 MIMO信道空間復用的基礎

6、上，對各算法進行了多用戶調度擴展，并與傳統(tǒng)算法作了仿真對比。
　　然后基于多用戶MIMO上行，結合SINR計算公式提出了兩種用戶調度和接收波束賦形聯(lián)合設計的算法，對其原理及算法流程進行了詳述，最后將這兩種算法與其他算法進行對比，得出了所提算法所適用的應用場景。
　　最后基于多用戶 MIMO下行，對已有算法進行改進，提出了一種基于有限反饋多用戶 MIMO廣播信道的連續(xù)預編碼和用戶選擇算法，給出了推導的詳細過程和算法流程，并與其