多用戶MIMO系統(tǒng)中的預編碼及用戶調(diào)度技術(shù)研究.pdf

1、多天線系統(tǒng)以其利用空間資源的獨特優(yōu)勢，成為無線通信近十多年的研究熱點。由于多天線能夠在有限的時頻資源下，獲得更高的通信速率和可靠性，MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術(shù)已經(jīng)成為新一代移動通信系統(tǒng)標準IMT-Advanced中的核心物理層技術(shù)之一。MIMO系統(tǒng)中的預編碼和用戶調(diào)度技術(shù)是近幾年發(fā)展最快的分支，從理論研究到工業(yè)標準，重點都已從針對單小區(qū)單用戶系統(tǒng)，轉(zhuǎn)移到單小區(qū)多用戶系統(tǒng)，以至多小區(qū)多用戶

2、系統(tǒng)中的空時頻多維預編碼及用戶調(diào)度技術(shù)的研究。
　　 本論文以矩陣分析、信息論及信號處理理論為主要工具，針對多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路中，特別是在發(fā)射端僅僅擁有各個用戶有限的信道狀態(tài)信息的條件下，基站如何進行用戶調(diào)度，如何合理地設計各個用戶的預編碼等問題展開研究。研究的目標為降低不同用戶間的共信道干擾，降低不同小區(qū)間的多小區(qū)干擾，并且最大化各個用戶自身的等效信道增益。最終通過合理的通信機制和優(yōu)化的信號設計，提高系統(tǒng)級的指標，如系

3、統(tǒng)的和容量或誤碼率。鑒于實際工程的可行性，提出方法也綜合考慮了系統(tǒng)性能和復雜度的合理折中，以及現(xiàn)有無線通信技術(shù)標準3GPP LTE中的一些因素。全文主要內(nèi)容如下：
　　 第一章介紹了MIMO預編碼及用戶調(diào)度技術(shù)的研究背景，主要包括和本文工作密切相關(guān)的概念介紹和分類。
　　 第二章提出了一種基于信號泄漏噪聲比(Signal to Leakage plus Noise Ratio，SLNR)的用戶調(diào)度算法。在該算法中，決定某

4、用戶是否被服務是依據(jù)SLNR指標，而不是傳統(tǒng)的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)。SLNR指標兼顧了各用戶自己信道增益大以及對其它用戶的干擾小兩方面的優(yōu)勢，用于用戶調(diào)度可以提高系統(tǒng)的和容量。根據(jù)系統(tǒng)的待選用戶數(shù)是稍大于還是遠遠大于發(fā)射天線數(shù)，提出了兩種具體的調(diào)度算法。所提出的算法可以在完美信道信息以及有限反饋的信道信息下使用。第二章還從理論上分析了多用戶MIMO系統(tǒng)中，收

5、發(fā)天線數(shù)、待選用戶數(shù)、每用戶的反饋比特數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)和容量的影響。在高信噪比和待選用戶數(shù)很大的情況下，給出了為保持一定的和容量，上述參數(shù)之間需要滿足的關(guān)系式。該分析結(jié)果可以作為系統(tǒng)參數(shù)設計的一個參考準則。
　　 第三章提出了一種有限反饋信道信息下的用戶調(diào)度和預編碼的聯(lián)合優(yōu)化設計。在提出的方法中，以基站和用戶預存的碼本為基礎(chǔ)，利用用戶反饋的碼字序號、等效信道增益和量化誤差，實時地計算新的預編碼矩陣并選擇用戶。由于預編碼向量是實

6、時生成而非固定的，相當于增加了反饋碼本的大小。提出的方法將用戶調(diào)度和預編碼兩個過程聯(lián)合優(yōu)化，取得了一定的跨層優(yōu)化的增益。
　　 第四章研究多小區(qū)多基站環(huán)境下的預編碼問題，提出了一種基站端的預編碼和用戶端的接收合并向量交替更新的迭代算法。在多基站共享用戶信道信息的前提下，提出的迭代算法可以在各個基站獨立完成，并不需要基站和用戶多次的信令交互。具體地，將三種經(jīng)典的單小區(qū)的預編碼擴展到了多小區(qū)的環(huán)境下，并將它們運用到提出的交替迭代更新

7、的算法中。提出的收發(fā)端交替更新的方法，能夠有效地平衡本小區(qū)所需信號功率與對相鄰小區(qū)干擾之間的矛盾，通過基站處的幾次迭代，就可以獲得很好的系統(tǒng)和容量。
　　 第五章提出了一種在MIMO信道時間相關(guān)性較強的情況下，基于信道預測值的信道反饋機制。在該方法中，收發(fā)端采用相同的方法預測信道，用戶僅僅將信道的預測值和真實值之差量化和反饋給基站。由于用相同的比特數(shù)去量化一個更小的量，因而可以提高量化精度。第五章還根據(jù)Lloyd算法思想，給出一