MIMO有限反饋及多基站協(xié)作系統(tǒng)相關技術研究.pdf

1、未來移動通信系統(tǒng)須要支持每秒百兆甚至千兆以上的傳輸速率，在無線頻譜資源日趨緊張的情況下，需要深入探討并拓展應用MIMO傳輸技術，充分挖掘利用空間維度的無線資源，提高頻譜利用率，改善小區(qū)邊緣用戶的性能。
　　MIMO技術是公認的下一代移動通信系統(tǒng)的關鍵技術，而MIMO系統(tǒng)中的有限反饋技術對于發(fā)送端獲得信道信息，發(fā)送端的預編碼及功率分配方案有著重要的作用。而多基站協(xié)作技術對提高頻譜利用率，改善小區(qū)邊緣的性能，滿足未來無線移動通信的傳輸

2、速率和頻譜效率要求，具有重要的意義。
　　本論文重點研究了與MIMO系統(tǒng)的有限反饋技術和多基站協(xié)作MIMO系統(tǒng)相關的幾方面問題：單基站和多基站協(xié)作MIMO系統(tǒng)有限反饋性能的分析，單基站和多基站協(xié)作MIMO系統(tǒng)的用戶調(diào)度，多基站協(xié)作系統(tǒng)反饋方案設計，多基站協(xié)作系統(tǒng)中天線選擇和基站選擇等。論文工作的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾方面：
　　1)針對Nakagami-m衰落信道下，多個發(fā)送天線單個接收天線(MISO)系統(tǒng)，分析了采用隨機向

3、量量化有限反饋波束成形時系統(tǒng)的性能，推導出了平均比特錯誤概率和中斷概率的閉式解，并將得到的結果擴展到基于接收天線選擇的MIMO系統(tǒng)。通過對閉式解的進一步分析，揭示了各系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的聯(lián)系，為實際系統(tǒng)應用提供了理論依據(jù)。
　　2)針對多基站協(xié)作波束成形系統(tǒng)，分析了有限反饋對系統(tǒng)吞吐量的影響，在各協(xié)作小區(qū)內(nèi)只有一個活動用戶和多個活動用戶兩種情況下，推導了吞吐量損耗的上限。經(jīng)分析獲得了吞吐量損耗的上限值與反饋bit數(shù)之間的關系式

4、。在每個小區(qū)多個用戶情況下，設計了一種最優(yōu)的用戶反饋比特分配方案，當用戶總反饋比特數(shù)固定時，通過最優(yōu)反饋方案可使吞吐量損耗的上限值最小。
　　3)針對基于有限反饋的MIMO下行多用戶系統(tǒng)，分別對單基站和多基站協(xié)作兩種情況提出了適合系統(tǒng)特點的調(diào)度算法。在單基站系統(tǒng)中，算法以系統(tǒng)吞吐量的下限為目標函數(shù)，通過最大化吞吐量下限的辦法選擇用戶，使系統(tǒng)獲得多用戶分集增益，從而增加了系統(tǒng)吞吐量。在多基站協(xié)作調(diào)度系統(tǒng)中，提出了一種基于機會SDMA

5、的用戶調(diào)度算法。算法中每個基站采用正交隨機向量作為波束成形向量，參與協(xié)作的各基站間通過高速鏈路共享波束成形信息。在接收端計算每個用戶的SINR，發(fā)送端選擇SINR最大的用戶作為調(diào)度用戶。采用該算法進行用戶選擇時，不需要考慮干擾小區(qū)的用戶選擇結果，很好的解決了多基站協(xié)作調(diào)度的困難，并獲得了系統(tǒng)容量的增益。
　　4)針對基站協(xié)作系統(tǒng)的特點，提出了一種基于誤差修正的有限量化反饋方案。方案將信道向量量化過程分為與協(xié)作基站數(shù)相等的若干步驟，

6、每一步量化均對前一步的量化誤差進行修正。該方案在復雜度和系統(tǒng)性能方面獲得了很好的折中，適用于多基站聯(lián)合處理的基站協(xié)作系統(tǒng)。
　　5)根據(jù)多基站協(xié)作系統(tǒng)的特點，對多基站協(xié)作系統(tǒng)中應用天線選擇技術的兩種方式：分布天線選擇和基站選擇進行了研究。針對多基站天線選擇提出了三種天線選擇算法：最優(yōu)基站天線選擇算法(OAS，Optimal Antenna Seletction)，基于協(xié)作基站總體信道矩陣范數(shù)的天線選擇算法(ACFAS，Aggreg

7、ate ChannelFrobenius Norm Antenna Seletction)和基于每個協(xié)作基站信道矩陣范數(shù)的天線選擇算法(ICFAS，Individual Channel Frobenius Norm Antenna Seletction)。OAS算法，是一種窮舉性能最優(yōu)的算法，ACFAS算法和ICFAS算法是兩種次優(yōu)的低復雜度算法。其中ACFAS算法以全部協(xié)作基站與用戶的整體信道矩陣的Frobenius范數(shù)為天線選擇的目