MIMO系統(tǒng)天線選擇算法研究.pdf

1、MIMO無線通信系統(tǒng)在收發(fā)兩側(cè)同時配置多根天線，在適當(dāng)?shù)男诺拉h(huán)境下，可以提供額外的空間分集增益和空間復(fù)用增益。在不增加額外帶寬情況下顯著增加容量。但與此同時，高昂的射頻鏈路配置成本妨害其實際應(yīng)用。由于MIMO系統(tǒng)收發(fā)天線之間的信道對系統(tǒng)的容量或者差錯率的貢獻(xiàn)并不相等，所以可以采用天線選擇技術(shù)，從可用的發(fā)送或/和接收天線中選取最為有效的子集，能夠減少射頻鏈路配置，在性能和可實現(xiàn)性之間求得平衡。
　　 如果天線選擇采用全搜索選擇方式

2、，則復(fù)雜度往往很高。因此，研究較低復(fù)雜度的次優(yōu)天線選擇算法是目前研究的重點之一。本文在已有天線選擇研究成果基礎(chǔ)之上，基于容量最大準(zhǔn)則或最小差錯率準(zhǔn)則，著重研究了MIMO系統(tǒng)中的次優(yōu)天線選擇技術(shù)，主要取得了以下成果：
　　 1.針對復(fù)雜度較高的V-BLAST系統(tǒng)發(fā)射天線選擇，提出了一種基于分組策略的發(fā)射天線選擇算法。基本思路是基于分組干擾抑制技術(shù)(GIS)，把天線選擇分為若干組進(jìn)行，從而降低了組內(nèi)偽逆計算的階次，使得總的計算復(fù)雜度

3、大大降低。仿真結(jié)果表明，所提算法在容許接受的性能代價下可顯著降低天線選擇的復(fù)雜度。
　　 2.針對最大第一層檢測后信噪比次優(yōu)選擇準(zhǔn)則（簡稱最大第一準(zhǔn)則）存在的不足，提出一種新的基于ZF-SIC檢測的V-BLAST系統(tǒng)次優(yōu)天線選擇準(zhǔn)則：最小化信道矩陣偽逆的最大行范數(shù)（簡稱最小最大行范數(shù)準(zhǔn)則），并給出了基于該準(zhǔn)則的采用貪婪策略的快速選擇算法。由于新準(zhǔn)則同時考慮了所有檢測層，因此性能優(yōu)于最大第一準(zhǔn)則，且接近最優(yōu)的最大最小檢測后信噪比選

4、擇準(zhǔn)則（簡稱最大最小準(zhǔn)則）。仿真結(jié)果證實了這一點，同時也表明，所提出的快速選擇算法在性能上接近基于最大最小準(zhǔn)則的快速選擇算法，而復(fù)雜度更低。
　　 3.針對已有天線選擇算法只考慮容量最大或者差錯率最小的不足，提出了一種能夠兼顧兩者的基于MMSE-SIC檢測的V-BLAST系統(tǒng)快速天線選擇算法。對于發(fā)射天線選擇，提出了基于容量增加值與最大檢測后均方差增加值之比最大化的逐增快速算法；對于接收天線選擇，提出了基于容量減少值與最大檢測后

5、均方差增加值之積最小化的逐減快速算法。仿真表明，所提出的算法能夠較好地兼顧兩者，既可獲得較高的容量，又能獲得較低的SER。
　　 4.通常發(fā)射和接收天線聯(lián)合選擇算法具有較高的計算復(fù)雜度?；趦?yōu)先權(quán)遺傳算法(PGA)的聯(lián)合天線選擇雖然能夠降低計算復(fù)雜度，但由于遺傳算法參數(shù)的選取并沒有合理的理論依據(jù)，所以不合理的參數(shù)選擇影響該算法的性能，為此提出一種簡單有效的基于最大容量準(zhǔn)則且采用逐增策略的聯(lián)合天線選擇算法。它是用于單邊天線選擇的經(jīng)

6、典逐增貪婪算法的推廣和改進(jìn)。其特點是：為了保證在最初的若干階段選擇中盡可能準(zhǔn)確地選擇天線，在逐增算法中提供k（k≥2）個而不是一個最佳候選子集作為下一輪天線選擇的基礎(chǔ)。仿真表明，所提算法在適當(dāng)選擇k值的條件下能以較低的計算增加量為代價獲得良好的性能，且在相當(dāng)性能的前提下，算法計算量低于基于優(yōu)先權(quán)遺傳算法的聯(lián)合天線選擇。
　　 5.在多用戶MIMO天線和用戶選擇方面，借鑒單用戶天線選擇技術(shù)，研究了一種基于最大化信號與干擾加噪聲比(

7、SINR)準(zhǔn)則的快速接收天線選擇和用戶選擇算法，用于發(fā)送端采用Alamouti STBC以及接收端利用波束成形抑制共信道干擾(CCI)的多用戶MIMO系統(tǒng)，并將它們推廣至下行鏈路中。仿真驗證了算法的有效性。
　　 6.針對MIMO-OFDM系統(tǒng)天線選擇由于子載波數(shù)量較多而面臨的難以克服的計算復(fù)雜度問題，提出一種次優(yōu)的基于容量最大化的天線選擇算法。當(dāng)子載波數(shù)量遠(yuǎn)大于路徑數(shù)量時，該算法利用相臨若干子載波之間的相關(guān)性，對系統(tǒng)容量計算進(jìn)