多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路用戶選擇算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)是一種多天線技術(shù),通過(guò)配置多根發(fā)送天線和接收天線,可以獲得空間上的分集和復(fù)用增益,在不增加發(fā)送功率和系統(tǒng)帶寬的情況下可以成倍的增加系統(tǒng)信道容量,因而最近幾十年內(nèi)得到廣泛研究。和單用戶MIMO相比,多用戶MIMO允許基站同時(shí)與多個(gè)用戶進(jìn)行通信,可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)和容量,但是多用戶干擾一直是多用戶MIMO急需解決的問(wèn)題。
　　雖然預(yù)編碼技術(shù)可以有效的解

2、決多用戶干擾問(wèn)題,但是當(dāng)用戶數(shù)目多于基站天線數(shù)時(shí),基站同時(shí)服務(wù)用戶的不正確選擇會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)和容量的下降。本文主要研究多用戶MIMO下行鏈路的用戶選擇算法,期望通過(guò)合理的用戶選擇算法獲得更好的系統(tǒng)性能。
　　首先,本文介紹了單用戶MIMO和多用戶MIMO的相關(guān)理論知識(shí),分別對(duì)單用戶和多用戶MIMO可以達(dá)到的系統(tǒng)容量進(jìn)行了理論推導(dǎo),介紹了目前存在的預(yù)編碼技術(shù)和用戶選擇算法,簡(jiǎn)要的分析了已存在用戶選擇算法的性能;其次,在假設(shè)基站完全已知每

3、個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息并采用迫零波束形成(Zero-Forcing Beamforming,ZFBF)預(yù)編碼技術(shù)時(shí),推導(dǎo)得出系統(tǒng)和容量的下限和有效信道增益乘積成正比,提出了一種最大化有效信道增益乘積算法(Maximum Product of Effective Channel Gains,MPECG),并通過(guò)仿真與全空間搜索算法、半正交用戶選擇算法(Semi-orthogonal User Selection,SUS)以及最小化偽逆矩陣范

4、數(shù)算法(Minimum of the Frobenius Norm of the Pseudo-Inverse,MFNPI)進(jìn)行系統(tǒng)性能比較。仿真結(jié)果表明,增加基站的天線數(shù)都可以明顯的提高四種用戶選擇算法的系統(tǒng)和容量,與SUS相比,MPECG算法在高信噪比或者用戶數(shù)比較多時(shí)可以獲得更好的系統(tǒng)和容量,與MFNPI相比,MPECG算法的和容量略有提升,而且計(jì)算復(fù)雜度要更低;最后,研究了有限反饋條件下的用戶選擇方案,提出基于和容量和考慮比例公

5、平調(diào)度(Proportional Fairness Scheduling,PFS)的用戶選擇方案,分析了反饋比特?cái)?shù)目和用戶數(shù)目對(duì)系統(tǒng)和容量和用戶公平性的影響。仿真結(jié)果表明,增加用戶數(shù)目和反饋比特?cái)?shù)目可以提高系統(tǒng)和容量,但是隨著二者的線性增長(zhǎng),系統(tǒng)和容量逐漸趨于飽和,此時(shí)再增加用戶數(shù)目或者反饋比特?cái)?shù)目對(duì)提升系統(tǒng)和容量幫助不大。此外,與基于和容量的用戶選擇方案相比,PFS方案可以兼顧系統(tǒng)和容量與用戶公平性。仿真結(jié)果還表明,當(dāng)用戶數(shù)目比較少時(shí)