MIMO通信系統(tǒng)中的天線選擇與預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信系統(tǒng)由單一的語音通信向著多媒體通信的全面發(fā)展,人們所期望的數(shù)據(jù)傳輸速率越來越高。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)可以顯著增加通信系統(tǒng)容量,并能改善系統(tǒng)的性能,非常適合高速無線通信業(yè)務(wù),因而,MIMO技術(shù)已成為下一代無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 MIMO通信系統(tǒng)中的天線選擇(AS)技術(shù)可在獲得多天線性能增益的同時,降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本,受到了廣泛的關(guān)注。組分層空時(GLST)系統(tǒng)結(jié)合了空時分組編碼和分層空時結(jié)構(gòu),

2、具有分集-復(fù)用折衷性能,有助于滿足通信系統(tǒng)的多樣化需求。如何在GLST系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有效的天線選擇是一個值得深入研究的問題。
　　 在多用戶MIMO廣播信道中,在基站發(fā)射端進(jìn)行預(yù)編碼可以降低用戶間的干擾,有效的用戶選擇能夠利用多用戶分集來增加數(shù)據(jù)率。二者都需要發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息(CSI),這在FDD系統(tǒng)中需要反饋來獲得。如何在有限反饋下進(jìn)行有效的預(yù)編碼和用戶選擇,已成為MIMO系統(tǒng)中的一個熱點(diǎn)問題。
　　 本文主要研究了

3、GLST系統(tǒng)中的天線選擇算法和多用戶MIMO系統(tǒng)的用戶選擇及預(yù)編碼算法,研究的主要內(nèi)容和取得的成果包括如下幾個方面:
　　 首先,針對結(jié)合發(fā)送天線選擇的GLST系統(tǒng),提出了基于重構(gòu)信道QR分解的發(fā)射天線選擇(TAS)算法。并在此算法基礎(chǔ)上,為了降低復(fù)雜度,提出了基于降元集合的TAS算法。該算法以信道矩陣列矢量Euclidean范數(shù)排序?yàn)榛A(chǔ),構(gòu)建減少天線元個數(shù)的集合,并在該集合中搜索最優(yōu)的天線子集。仿真表明,降元集合算法的性能明

4、顯優(yōu)于幾種常見的快速TAS算法,當(dāng)合理選擇降元集合元素?cái)?shù)量時,其性能與基于全集合的算法相近。
　　 其次,對于采用排序的逐次干擾消除檢測(OSIC)的GLST系統(tǒng),提出了基于重構(gòu)信道OR分解的接收天線選擇(RAS)算法,該算法用子信道Frobenius范數(shù)排序代替Moore-Penrose偽逆行范數(shù)排序得到置換矩陣,降低了計(jì)算復(fù)雜度。另外,還給出了基于重構(gòu)信道的快速RAS算法,其性能比常規(guī)信道快速算法有明顯的提升。仿真表明,所提

5、出算法在中斷容量上與最大容量算法接近,基于重構(gòu)信道QR分解的RAS算法具有與基于偽逆排序的RAS算法相近的性能,而重構(gòu)快速算法性能稍有下降,但復(fù)雜度更低。
　　 再次,在多用戶MIMO廣播信道中,針對隨機(jī)波束成形(RBF)當(dāng)系統(tǒng)用戶少時性能下降嚴(yán)重的問題,提出了聯(lián)合RBF和迫零波束成形(ZFBF)的預(yù)編碼方案。該方案在利用RBF實(shí)現(xiàn)用戶初步調(diào)度的基礎(chǔ)上,借助于附加反饋的信道方向信息(CDI)和信道質(zhì)量信息(CQI)完成最終波束選

6、擇和ZFBF預(yù)編碼。仿真表明,所提出的預(yù)編碼方案與現(xiàn)有的基于RBF的方案相比,在基本不增加上行鏈路反饋量的前提下,可明顯提高系統(tǒng)和速率。
　　 最后,針對上行鏈路總反饋量受限的多用戶MIMO廣播信道,提出了基于閾值優(yōu)化和最優(yōu)反饋速率的用戶選擇及預(yù)編碼算法。該算法通過對信道增益累積分布的分析得到一個閾值,并將信道增益大于該閾值的用戶作為候選用戶。然后要求候選用戶中的任意N個用戶反饋CDI和CQI,其中N為與最優(yōu)反饋速率對應(yīng)的用戶個