多用戶MIMO(MU-MIMO)系統(tǒng)下行鏈路預(yù)編碼和調(diào)度算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術(shù)通過在發(fā)射端與接收端的多天線配置，提供豐富的空間復(fù)用增益和空間分集增益，能夠在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下極大的提高無線通信系統(tǒng)的容量和可靠性，被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 在單用戶MIMO(Single-user MIMO，SU-MIMO)系統(tǒng)中，若通信一方由于某些因素的限制，無法配置多天線，則整個(gè)系統(tǒng)所能獲得的容量

2、增益就會(huì)大大降低。為了充分發(fā)揮MIMO技術(shù)的潛力，多用戶MIMO(Multi-user MIMO，MU-MIMO)系統(tǒng)近來成為新的研究熱點(diǎn)。它可以在不附加時(shí)隙和頻譜資源的情況下同時(shí)接入多個(gè)用戶進(jìn)行通信，從而達(dá)到更高的容量。然而，在多用戶MIMO系統(tǒng)的下行鏈路中，常常假設(shè)各用戶端之間無法相互協(xié)作，因此就不能利用上行鏈路中普遍采用的聯(lián)合檢測方法來恢復(fù)發(fā)射信號(hào)。在這種情況下，如何消除或降低用戶之間的同信道干擾(Co-channel inter

3、ference，CCD以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量就成為了多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的核心問題之一。
　　 如果發(fā)射端能夠獲得完整或部分信道狀態(tài)信息(Channel state informatioN,CSl)，則可以通過預(yù)編碼(Precoding)和用戶調(diào)度(User scheduling)技術(shù)來對抗同信道干擾。所謂預(yù)編碼技術(shù)，就是對發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后再送入信道。預(yù)編碼與原信道共同構(gòu)成等效信道。只要各用戶所對應(yīng)的等效信道之間盡量

4、相互正交，就能夠消除或降低各用戶端所受到的同信道干擾。另一方面，在實(shí)際移動(dòng)通信系統(tǒng)中，有通信需求的待選用戶數(shù)常常遠(yuǎn)多于系統(tǒng)可同時(shí)接入的用戶數(shù)。如果各用戶信道的衰落相互獨(dú)立，就可以通過用戶調(diào)度技術(shù)，利用信道波動(dòng)，安排各用戶在其信道非常強(qiáng)時(shí)工作，以充分利用通信資源，達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。這其實(shí)就是一種機(jī)會(huì)通信方法，所獲得的性能增益即多用戶分集增益。
　　 本文首先在發(fā)射端確知各用戶完整信道狀態(tài)信息的假設(shè)下，對幾種常見的線性預(yù)編碼算

5、法進(jìn)行了橫向比較，驗(yàn)證了基于最大化信號(hào)泄漏噪聲比(Signal to leakage plus noise ratio，SLNR)準(zhǔn)則的預(yù)編碼方案能夠在性能、復(fù)雜度、適用范圍這幾方面取得一個(gè)比較好的折衷。隨后，本文延用SLNR的概念提出了一種信道自適應(yīng)的功率分配算法。計(jì)算機(jī)程序仿真結(jié)果顯示，將其與基于最大化SLNR準(zhǔn)則的預(yù)編碼算法相結(jié)合，就能以附加很小的計(jì)算量與輕微的總?cè)萘啃阅軗p失為代價(jià)而顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率性能。另一方面，在用戶

6、調(diào)度算法的設(shè)計(jì)中，本文以SLNR作為各用戶信道條件優(yōu)劣的表征，提出了基于最大化SLNR最小值準(zhǔn)則的用戶調(diào)度方案。仿真結(jié)果顯示，所提出的用戶調(diào)度算法能夠顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率與總?cè)萘啃阅?，并且能夠根?jù)實(shí)際需要，在性能與計(jì)算復(fù)雜度之間實(shí)現(xiàn)不同的折衷。
　　 此外，本文還考慮了有限反饋條件下預(yù)編碼和用戶調(diào)度算法的設(shè)計(jì)。在實(shí)際系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息常常是各用戶端通過容量受限的反饋信道發(fā)送給發(fā)射端的，即反饋的信道狀態(tài)信息需要事先經(jīng)過一定