分布式MIMO系統(tǒng)天線選擇與優(yōu)化分配技術(shù)研究.pdf

1、隨著智能移動終端的全面普及和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，用戶對多樣化應(yīng)用、個性化服務(wù)、用戶體驗以及綠色節(jié)能等方面的要求越來越高，移動通信系統(tǒng)相應(yīng)地在系統(tǒng)架構(gòu)、鏈路傳輸、組網(wǎng)以及無線資源管理等方面持續(xù)進行快速演進。MIMO技術(shù)可極大地提升頻譜效率和鏈路傳輸性能，基于該技術(shù)的MIMO、MIMO-OFDM、分布式天線(DAS)等系統(tǒng)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)并逐步進入商用階段。作為傳統(tǒng)集中式MIMO系統(tǒng)和DAS系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，分布式MIMO系統(tǒng)能夠進一步提

2、高頻譜效率、功率效率和覆蓋能力，在未來移動通信系統(tǒng)中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
　　與傳統(tǒng)集中式MIMO系統(tǒng)相比，分布式MIMO系統(tǒng)基站端天線的布設(shè)方式不同，且天線數(shù)量顯著增加。本文根據(jù)分布式MIMO系統(tǒng)的上述實際特點，著眼于天線這一關(guān)鍵的無線資源，在深入研究分布式MIMO信道模型、信道容量及天線端口選擇、多用戶線性預(yù)編碼等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，全面考慮容量性能、用戶公平性、復(fù)雜度以及反饋開銷等因素，研究單載波單用戶、多用戶條件下的

3、天線選擇技術(shù)以及多載波多用戶條件下的天線與子載波聯(lián)合分配技術(shù)，主要工作包括：
　　1.針對經(jīng)典天線選擇算法復(fù)雜度過高、反饋開銷過大或性能不佳的問題，充分挖掘和利用分布式MIMO系統(tǒng)復(fù)合衰落信道特性和分布式架構(gòu)特點，提出一種基于端口選擇的逐減發(fā)送/接收天線選擇算法。該算法適用于基站端，采用兩步選擇、分級優(yōu)化的方式對經(jīng)典逐減算法進行改進，先以子信道矩陣的跡為判斷依據(jù)，剔除部分經(jīng)歷嚴(yán)重大尺度衰落的天線端口，以達(dá)到降低復(fù)雜度和反饋開銷的目

4、的；進而采用參數(shù)矩陣更新的方式代替原算法的矩陣求逆運算，整體上降低系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度。性能分析結(jié)果表明，該算法容量性能逼近窮舉算法，計算復(fù)雜度顯著降低。
　　2.針對多用戶分布式MIMO系統(tǒng)上行鏈路基站天線數(shù)大于用戶天線數(shù)的情況，沿用改進逐減算法的思路，提出一種低復(fù)雜度的上行接收天線選擇算法。該算法通過理論推導(dǎo)對上行系統(tǒng)和容量表達(dá)式進行近似轉(zhuǎn)化，給出多用戶條件下天線刪減參數(shù)矩陣和迭代表達(dá)式，采用參數(shù)矩陣迭代更新方式，避免了復(fù)雜的系統(tǒng)和

5、容量計算。復(fù)雜度分析和仿真結(jié)果表明，相比窮舉算法和范數(shù)算法，該算法實現(xiàn)了容量性能和復(fù)雜度的良好折中。
　　3.為了有效地降低多用戶分布式MIMO系統(tǒng)下行鏈路同道干擾(CCI)的影響，以增加系統(tǒng)同時服務(wù)的用戶數(shù)，提高容量性能，提出一種基于干擾抑制的下行發(fā)送天線選擇算法。該算法在為每個用戶選擇天線時，先進行端口選擇，以降低復(fù)雜度和反饋開銷，再采用逐減的方法選擇使 SLNR損失值最小的天線，以保證每個用戶對其他用戶的干擾盡可能小。算法先

6、從系統(tǒng)層面上減少CCI的影響，再通過SLNR預(yù)編碼設(shè)計，對殘余CCI進行處理，從整體上抑制 CCI。復(fù)雜度分析和仿真結(jié)果表明，該算法與最優(yōu)(窮舉+SLNR)算法相比，顯著降低了計算復(fù)雜度；與無天線選擇，僅進行SLNR預(yù)編碼相比，能夠有效增加系統(tǒng)同時服務(wù)的用戶數(shù)量，提高容量性能。
　　4.針對多用戶分布式MIMO-OFDM系統(tǒng)中子載波獨占或子信道獨占條件下，系統(tǒng)資源利用率不高，限制容量性能的問題，提出一種基于容量最大化準(zhǔn)則的天線與子

7、載波分配算法。該算法通過允許子信道共享并進行干擾抑制來實現(xiàn)容量的最大化，將天線、子載波等資源的分配與SLNR預(yù)編碼相結(jié)合，依據(jù)SLNR準(zhǔn)則為各用戶分配獨立子信道或相同的共享子信道，其中，共享子信道導(dǎo)致的CCI采用SLNR預(yù)編碼進行抑制。仿真結(jié)果表明，相比已有子載波獨占或子信道獨占型算法，該算法能夠顯著提高系統(tǒng)資源利用率，從而有效提升容量性能。
　　5.采用分步分配策略，依據(jù)“最小速率需求優(yōu)先、兼顧公平”原則，對基于容量最大化準(zhǔn)則的