多用戶MIMO(MU-MIMO)系統(tǒng)下行鏈路預編碼和調度算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術通過在發(fā)射端與接收端的多天線配置，提供豐富的空間復用增益和空間分集增益，能夠在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下極大的提高無線通信系統(tǒng)的容量和可靠性，被認為是未來移動通信系統(tǒng)中不可或缺的關鍵技術之一。
　　 在單用戶MIMO(Single-user MIMO，SU-MIMO)系統(tǒng)中，若通信一方由于某些因素的限制，無法配置多天線，則整個系統(tǒng)所能獲得的容量

2、增益就會大大降低。為了充分發(fā)揮MIMO技術的潛力，多用戶MIMO(Multi-user MIMO，MU-MIMO)系統(tǒng)近來成為新的研究熱點。它可以在不附加時隙和頻譜資源的情況下同時接入多個用戶進行通信，從而達到更高的容量。然而，在多用戶MIMO系統(tǒng)的下行鏈路中，常常假設各用戶端之間無法相互協(xié)作，因此就不能利用上行鏈路中普遍采用的聯(lián)合檢測方法來恢復發(fā)射信號。在這種情況下，如何消除或降低用戶之間的同信道干擾(Co-channel inter

3、ference，CCD以提高系統(tǒng)的數據傳輸質量就成為了多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的核心問題之一。
　　 如果發(fā)射端能夠獲得完整或部分信道狀態(tài)信息(Channel state informatioN,CSl)，則可以通過預編碼(Precoding)和用戶調度(User scheduling)技術來對抗同信道干擾。所謂預編碼技術，就是對發(fā)射信號進行預處理后再送入信道。預編碼與原信道共同構成等效信道。只要各用戶所對應的等效信道之間盡量

4、相互正交，就能夠消除或降低各用戶端所受到的同信道干擾。另一方面，在實際移動通信系統(tǒng)中，有通信需求的待選用戶數常常遠多于系統(tǒng)可同時接入的用戶數。如果各用戶信道的衰落相互獨立，就可以通過用戶調度技術，利用信道波動，安排各用戶在其信道非常強時工作，以充分利用通信資源，達到提高系統(tǒng)性能的目的。這其實就是一種機會通信方法，所獲得的性能增益即多用戶分集增益。
　　 本文首先在發(fā)射端確知各用戶完整信道狀態(tài)信息的假設下，對幾種常見的線性預編碼算

5、法進行了橫向比較，驗證了基于最大化信號泄漏噪聲比(Signal to leakage plus noise ratio，SLNR)準則的預編碼方案能夠在性能、復雜度、適用范圍這幾方面取得一個比較好的折衷。隨后，本文延用SLNR的概念提出了一種信道自適應的功率分配算法。計算機程序仿真結果顯示，將其與基于最大化SLNR準則的預編碼算法相結合，就能以附加很小的計算量與輕微的總容量性能損失為代價而顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率性能。另一方面，在用戶

6、調度算法的設計中，本文以SLNR作為各用戶信道條件優(yōu)劣的表征，提出了基于最大化SLNR最小值準則的用戶調度方案。仿真結果顯示，所提出的用戶調度算法能夠顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率與總容量性能，并且能夠根據實際需要，在性能與計算復雜度之間實現(xiàn)不同的折衷。
　　 此外，本文還考慮了有限反饋條件下預編碼和用戶調度算法的設計。在實際系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息常常是各用戶端通過容量受限的反饋信道發(fā)送給發(fā)射端的，即反饋的信道狀態(tài)信息需要事先經過一定