多用戶MIMO下行鏈路關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在蜂窩式無線通信系統(tǒng)中，配置多個天線的基站同時為一組用戶服務(wù)，組成多用戶MIMO(MUMIMO，MultiuserMultipleInputMultipleOutput)系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中若采用空分多址接入技術(shù)(SDMA，SpaceDivisionMultipleAccess)可以充分利用空間維度，使得多個用戶共享時頻資源，獲得很高的頻譜利用率。本文針對多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中的和容量、有限反饋和用戶選擇算法等展開研究。 多用

2、戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路對應(yīng)的信道稱為MIMO廣播信道(MIMOBC，MIMOBroadcastChannel)。若基站完全已知各用戶的信道狀態(tài)信息(CSI，ChannelStateInformation)，MIMOBC可以達到很高的頻譜效率，而當信道信息非理想時系統(tǒng)容量會有所變化。從條件互信息的兩種定義出發(fā)，本文研究了MIMOBC和塊對角化(BD，BlockDiagonalization)預(yù)編碼MIMOBC在信道估計誤差存在時可達的和容

3、量，分別推導(dǎo)了和容量的上下界。理論分析和數(shù)值仿真表明：信道估計誤差引起MIMOBC和容量的較大損失，特別在高信噪比區(qū)域，使得系統(tǒng)的復(fù)用增益趨向于零。 假設(shè)用戶采用單天線，當基站天線數(shù)大于用戶數(shù)時，迫零(ZF，ZeroForcing)預(yù)編碼可以完全消除用戶間的干擾。但在頻分雙工(FDD，F(xiàn)requencyDivisionDuplex)系統(tǒng)中，基站信道信息的獲得要通過用戶端信道估計后反饋至發(fā)送端，那么信道估計誤差和反饋延時將對性能性

4、能產(chǎn)生影響。本文推導(dǎo)了ZF預(yù)編碼MIMO廣播信道在信道估計誤差和反饋延時下的和容量和誤碼率(BER，BitErrorRate)表達式。理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果表明采用信道預(yù)測器可以改善反饋延時引起的和容量與誤碼率的性能損失。 本文還研究了ZF預(yù)編碼多用戶MIMO下行鏈路的有限反饋技術(shù)，提出基于信干噪比天線合并的有限反饋方法(SBC，SINR-basedCombining)。通過增加用戶的天線數(shù)，并在用戶端做SINR優(yōu)化準則合并，尋求一

5、組最優(yōu)的合并矢量和等效信道量化值。然后將等效量化信道在碼本中的位置反饋給基站，基站據(jù)此做ZF預(yù)編碼。由于充分考慮了接收端有用信號功率、量化誤差引起的用戶間干擾和噪聲等因素，克服了最大比合并算法(MRC，MaximumRatioCombining)和基于量化誤差合并(QBC，SINR-basedCombining)僅考慮信號能量或量化引起的用戶間干擾的局限。計算機仿真表明：在相同的反饋比特數(shù)目下，SBC算法有著優(yōu)于二者的性能。針對BD預(yù)編

6、碼多用戶MIMO下行鏈路信道矩陣直接量化過程中復(fù)雜度過高的問題，提出基于QBC逐列量化的有限反饋方法(PCQBC，PerColumnQuantization-basedCombining)，分析和仿真結(jié)果表明該方法以損失部分和容量的代價取得了量化復(fù)雜度的大幅降低。 在實際無線通信系統(tǒng)中，用戶數(shù)往往大于基站的天線數(shù)，可以通過用戶選擇找到一組信道條件最好的用戶進行通信，從而提高系統(tǒng)的性能。窮舉搜索選擇方法能達到最優(yōu)的多用戶分集增益，