無線通信大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線數(shù)據(jù)流量和用戶終端數(shù)目的指數(shù)級增長，新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)對數(shù)據(jù)速率、頻譜效率、覆蓋范圍等關(guān)鍵指標(biāo)提出了更高的要求。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)傳輸作為新一代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠在同一時(shí)頻資源上服務(wù)更多用戶，并且具有數(shù)據(jù)速率更高和功率消耗更低等優(yōu)點(diǎn)，但是其仍然有許多亟待解決的問題，比如下行預(yù)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)、復(fù)雜度高、信道信息不理想等問題。針對這些問題，本文研究無線

2、通信大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)，主要工作內(nèi)容如下:
　　1、研究了多用戶MIMO系統(tǒng)模型和多用戶MIMO預(yù)編碼、協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)等內(nèi)容，重點(diǎn)討論了迫零(zF，Zero Forcing)預(yù)編碼、最大比發(fā)送(MRT，Maximal-Ratio Transmit)預(yù)編碼、最小均方誤差(MMSE，Minimum Mean Square Error)預(yù)編碼，同時(shí)研究了協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)的分類、與MIMO的異同以及協(xié)同波束成形技術(shù)的分析等等。Mat

3、lab仿真結(jié)果表明在低信噪比(SNR，Signal toNoise Ratio)時(shí)，MMSE預(yù)編碼性能明顯優(yōu)于ZF、MRT預(yù)編碼;在高SNR時(shí)，ZF、MMSE預(yù)編碼性能相近;另外在天線數(shù)變多的時(shí)候，ZF、MRT、MMSE預(yù)編碼性能之間的差距也在減小等等。
　　2、研究了多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并以單基站功率約束下的最大化最差信干噪比(max-min SINR，Maximum the Minimum Signal

4、 to Interference plus Noise Ratio)為優(yōu)化目標(biāo)。首先根據(jù)上下行對偶理論，將原始的下行非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成等價(jià)的上行解耦優(yōu)化問題，然后提出了有限系統(tǒng)中需要依賴瞬時(shí)信道信息瞬時(shí)更新上下行功率的算法，并且該算法中下行功率不需要迭代，可由擴(kuò)展耦合矩陣直接計(jì)算得到。為了解決功率需要瞬時(shí)更新的問題，針對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，依據(jù)隨機(jī)矩陣?yán)碚?，提出了只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息更新上下行功率的算法，同時(shí)波束矢量只需要根據(jù)獲得的上

5、行功率以及可獲得的本地瞬時(shí)信道信息直接計(jì)算得到。仿真結(jié)果表明了所提算法的可行性和有效性。
　　3、針對上述多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的大維矩陣求逆問題，為了降低大維矩陣求逆的復(fù)雜度，由截?cái)喽囗?xiàng)式的思想給出了由有限項(xiàng)數(shù)表示的MMSE波束矢量，同時(shí)為了避免求解有耦合變量的下行優(yōu)化問題，利用截?cái)喽囗?xiàng)式表示的MMSE波束矢量給出了等價(jià)的上行信干噪比表達(dá)式，進(jìn)而提出了低復(fù)雜度波束矢量算法，另外通過引入關(guān)于變量t的隨機(jī)函數(shù)

6、，使得求解截?cái)喽囗?xiàng)式系數(shù)的算法只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息。仿真表明該算法當(dāng)多項(xiàng)式階數(shù)很低時(shí)，就可達(dá)到很好的性能，并且該階數(shù)不隨系統(tǒng)維數(shù)的增大而變化，同時(shí)若需要保持該算法與MMSE波束矢量算法的性能損失不變，那么階數(shù)需要隨著SNR的增大而增大，但是該階數(shù)相對于系統(tǒng)維數(shù)來說，仍然是很小的。
　　4、在上述工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮信道信息的非理想性，研究了信道模型存在信道估計(jì)誤差時(shí)的多小區(qū)協(xié)作大規(guī)模MIMO傳輸方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先以單基站功率

7、約束下含有信道估計(jì)誤差的大規(guī)模系統(tǒng)的max-min SINR為優(yōu)化目標(biāo)，提出了在有限系統(tǒng)中需要瞬時(shí)信道信息進(jìn)行功率更新的算法，同時(shí)針對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)提出了只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息更新上下行功率的算法;另外為了解決信道模型存在信道估計(jì)誤差時(shí)的大維矩陣求逆復(fù)雜度高的問題，利用截?cái)喽囗?xiàng)式的思想以及引入隨機(jī)函數(shù)的方法，提出了將大維矩陣的求逆轉(zhuǎn)化為階數(shù)可控制的多項(xiàng)式并且只需要依賴統(tǒng)計(jì)信道信息優(yōu)化多項(xiàng)式系數(shù)的低復(fù)雜度波束矢量算法。Matlab仿真