多小區(qū)MIMO系統(tǒng)下行鏈路協(xié)同波束成形和能效優(yōu)化技術研究.pdf

1、人們對便捷通信不斷增長的需求推動了無線通信新技術的迅猛發(fā)展。作為3GPP LTE的關鍵技術，多小區(qū)之間的基站協(xié)作以虛擬MIMO的方式獲得空間分集，能夠有效地抑制小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的頻譜效率。然而，多小區(qū)蜂窩系統(tǒng)具有地理上分散的天線，作為MIMO技術在蜂窩系統(tǒng)中的推廣，要讓多小區(qū)協(xié)作處理成為現(xiàn)實還有許多困難要解決。首先是選擇哪些基站或用戶參與協(xié)作，實現(xiàn)以較低的復雜度達到系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化;其次，協(xié)作需要基站之間交換數(shù)據(jù)和信道狀態(tài)信息，這

2、給回程鏈路帶來了較大的負擔。另外，如何抑制小區(qū)間干擾也是個新課題。因此，研究蜂窩網(wǎng)絡下行鏈路的基站協(xié)作技術，具體研究波束成形、用戶調度、有限反饋等手段，以實現(xiàn)多小區(qū)協(xié)作，達到最大程度干擾抑制從而增加容量的目的依然是重要的研究課題。論文從傳統(tǒng)的MIMO技術入手，分析了多小區(qū)協(xié)作處理的優(yōu)勢，針對協(xié)作用戶和反饋量的選擇、多小區(qū)下行鏈路波束成形算法以及信道狀態(tài)信息的利用、能量有效性等問題，提出了一些新方法和新思路，得到了相應的研究成果。

3、　　本研究主要內容包括：⑴在降低復雜度方面，將選擇多用戶分集的思想應用到多用戶MIMO系統(tǒng)中，以SINR作為信道質量的度量，提出了選擇最大多用戶分集MIMO信道調度方法，每個用戶將最大的信干噪比值與設定的門限比較，只有大于門限的值及對應的發(fā)射天線序號返回給基站，基站分配獨立的信道給具有最大信干噪比的用戶，分析了所提方法對應的系統(tǒng)平均容量和歸一化反饋負載的理論表達式;所提方法的性能仿真結果與分析一致。注意到MIMO系統(tǒng)的信道容量由信道矩陣

4、的特征值確定，是特征值的函數(shù)，提出了基于特征分解的天線選擇算法，該算法可以解決多用戶MIMO系統(tǒng)中每個用戶只有一根接收天線時用戶的選擇問題。最后介紹了多小區(qū)MIMO系統(tǒng)中選擇反饋和用戶選擇方案。⑵針對多小區(qū)MIMO系統(tǒng)的小區(qū)間干擾，提出了一種新的虛擬信干噪比的度量，根據(jù)此度量提出了基于本地CSI的分布式協(xié)同波束成形算法，算法不僅考慮使噪聲和干擾的和最小，而且考慮了直接鏈路的信道質量，該算法最大的優(yōu)勢是不需要迭代運行。然后研究了信道狀態(tài)信

5、息不確定時如何修正波束成形矢量，最后對幾種波束成形算法的和速率性能進行了仿真，結果表明這種算法優(yōu)于數(shù)字討價還價解。⑶在頻率復用的多小區(qū)多用戶無線網(wǎng)絡中，為了獲得較好的和速率性能，研究了降低同頻干擾的協(xié)同波束成形設計問題。建立了多小區(qū)多用戶無線網(wǎng)絡波束成形的系統(tǒng)模型，將下行鏈路波束成形設計為貝葉斯靜態(tài)博弈，用博弈理論分析，結果表明，性能最優(yōu)的協(xié)同波束成形矢量是自私和利他策略的線性組合。提出了一種最大化和速率的波束成形矢量迭代算法，給出了基