多天線多用戶通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在對無線通信系統(tǒng)的研究當(dāng)中,多天線技術(shù)憑借其較高的頻譜效率和多樣化的實現(xiàn)方案,近年來引起了人們?nèi)找鎻V泛的觀注。目前單用戶技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)較為成熟,而通過基站多天線來獲取多用戶空間復(fù)用增益正成為現(xiàn)在開發(fā)的熱點。本文主要研究了多天線多用戶系統(tǒng)各種有效的實現(xiàn)方案,并對其上/下行鏈路的通信性能進行了詳細(xì)的分析,同時獲得了以下的創(chuàng)新成果:
　　 首先,針對引入多用戶空間復(fù)用能力的多天線系統(tǒng)下行鏈路,提出了一類基于不同擁塞線性約束條件的預(yù)編碼

2、算法,并證明了此類算法同現(xiàn)有的基于迫零塊對角化和最大SLR準(zhǔn)則的線性預(yù)編碼方案之間的等價性。然后,在此基礎(chǔ)之上我們還推導(dǎo)出了其最優(yōu)發(fā)射權(quán)值的閉式表達式,從而有效的避免了實現(xiàn)現(xiàn)有算法所必需的奇異值分解(或廣義特征值分解)等運算,顯著降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。此外,利用上述閉式解,還推導(dǎo)出了不同預(yù)編碼算法接收信干噪比(信干比)的概率密度函數(shù),進而得到了相應(yīng)的性能解析式。
　　 其次,由于發(fā)射端獲得信道狀態(tài)信息(CSI)的多少決定了多天線系

3、統(tǒng)的通信性能,所以對于需要通過反饋來獲得下行CSI的系統(tǒng),我們研究了基于碼書量化反饋的線性預(yù)編碼方案。這里首先分析了基于用戶信道方向信息的最小擁塞預(yù)編碼算法,然后在此基礎(chǔ)之上,提出了一種基于隨機矢量量化碼書的有限反饋預(yù)編碼方案。同傳統(tǒng)的迫零算法相比,這種基于最小擁塞的預(yù)編碼算法具有明顯的性能優(yōu)勢。不過由于存在量化噪聲不匹配效應(yīng),導(dǎo)致了這種直接信道量化算法的性能隨著信噪比的增加而出現(xiàn)波動,并且逐漸惡化最終趨近于與迫零體制相同。所以為了提高

4、系統(tǒng)的穩(wěn)定性,該章還推導(dǎo)出了相應(yīng)的穩(wěn)健預(yù)編碼算法。仿真結(jié)果和分析表明,這種穩(wěn)健算法在保證了相對迫零算法的優(yōu)勢的前提下,其性能隨著信噪比的增加仍然會穩(wěn)定上升,從而有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性。
　　 再次,針對用戶數(shù)量較多的無線網(wǎng)絡(luò),研究了借助用戶選擇技術(shù)來提取多用戶分集增益的實用算法。首先分析了一種基于廣義最小擁塞預(yù)編碼算法的多用戶選擇策略,并將其同現(xiàn)有的迫零體制進行了比較。仿真結(jié)果表明,該方案能夠獲得更優(yōu)的通信性能,并且在保證一定

5、通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上,同時支持更多的用戶工作,因而更適合在大用戶數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。然后,根據(jù)以上策略給出了與其相對應(yīng)的低復(fù)雜度實現(xiàn)方案,以及一種基于最大信擁噪比準(zhǔn)則的多用戶快速選擇算法。這兩種快速算法能夠在獲得與窮舉搜索算法相接近的性能的同時,顯著的降低所需的計算復(fù)雜度,從而便于在實際的通信系統(tǒng)中應(yīng)用。
　　 最后,研究了采用分集技術(shù)時,多天線系統(tǒng)上行鏈路所能獲得的性能。這里為了對抗日益嚴(yán)重的陰影衰落等因素的影響,重點考察了廣義分布