大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)多用戶傳輸方案設(shè)計.pdf

1、大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是當前最前沿的無線移動通信技術(shù)之一。該技術(shù)通過在基站端配備數(shù)以百計的天線并同時為更多的用戶提供服務(wù)，從而使無線移動通信系統(tǒng)達到極大的系統(tǒng)容量及高效的頻譜利用率。然而，在帶來以上系統(tǒng)性能提升的同時，大規(guī)模MIMO技術(shù)的實現(xiàn)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，因為大量用戶的數(shù)據(jù)流傳輸發(fā)生在相同的時間和頻譜資源塊內(nèi)，所以采用該技術(shù)的大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)（下面簡稱大規(guī)模MIMO系統(tǒng)）是一個存在嚴重干擾的系統(tǒng)，必須結(jié)合有效的

2、干擾抑制或消除技術(shù)才能發(fā)揮其優(yōu)勢。因為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中用戶終端數(shù)量較多且是分散分布的，所以想要讓用戶間互相獲取信道信息并在用戶終端協(xié)作消除干擾是很難實現(xiàn)的。另外，相比基站，用戶終端的信號處理能力是有限的，所以傳統(tǒng)的用戶端接收檢測技術(shù)消除干擾對于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)而言是不夠的。因此大規(guī)模MIMO系統(tǒng)一般通過在基站端對發(fā)送數(shù)據(jù)進行處理進而消除干擾或者聯(lián)合基站端和用戶終端進行干擾消除。以此為背景，本文主要研究了多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的兩

3、種干擾消除技術(shù)，即預(yù)編碼技術(shù)和干擾對齊技術(shù)，并根據(jù)這兩種技術(shù)分別設(shè)計了針對FDD模式多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)和TDD模式多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的兩種傳輸方案。
　　本文首先介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的一些基本內(nèi)容，包括:大規(guī)模MIMO技術(shù)的研究現(xiàn)狀、大規(guī)模MIMO系統(tǒng)與傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)的區(qū)別及大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的下行傳輸模型。接著，本文研究了基站已知信道信息時的多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)，對基于迫零(Zero Forci

4、ng，ZF)、塊對角化（Block Diagonalization，BD）、最小均方誤差（Minimum Mean Square Error，MMSE）以及信號泄露噪聲比(Signal to Leakage-Noise Ratio，SLNR)這四種線性預(yù)編碼進行了詳細的原理推導(dǎo)，并利用MATLAB對采用這四種技術(shù)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)和速率性能及誤碼率性能進行了性能對比和分析。除此之外，本文也對臟紙編碼（Dirty Paper Codin

5、g，DPC）、模代數(shù)預(yù)編碼（Tomlinson-Harashima Precoding，THP）和向量擾動預(yù)編碼（Vector Perturbation，VP）這三種典型的非線性預(yù)編碼技術(shù)作了介紹。上述基站已知信道信息的預(yù)編碼技術(shù)主要適用于TDD(Time DivisionDuplexing)模式，因為在TDD模式下，利用上下行信道的互易性，基站可以方便地獲得下行信道信息。而在FDD(Frequency Division Duplexi

6、ng)模式下，上下行信道互易性不成立，基站需要通過專門的反饋鏈路獲取信道信息。為了減小反饋量并且實現(xiàn)可靠傳輸，本文結(jié)合聯(lián)合空分復(fù)用(JSDM)傳輸方案和一種固定復(fù)雜度的QRDM-VP預(yù)編碼算法，提出了一種針對FDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的傳輸方案。最后，利用干擾對齊（IA）技術(shù)，本文提出了一種針對TDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的收發(fā)端聯(lián)合傳輸方案。通過MATLAB仿真結(jié)果可以看出，該傳輸方案能夠消除TDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)干擾，