MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化與天線選擇算法的研究.pdf

1、快速發(fā)展的無線通信己成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的亮點，并成為推動社會經(jīng)濟發(fā)展的強勁動力。但無線通信的迅速發(fā)展使有限的頻譜資源與不斷增加的系統(tǒng)容量需求之間的矛盾越來越突出。結(jié)合空時處理的多輸入多輸出(multi-input multi-output, MIMO)技術的出現(xiàn)，為解決該矛盾提供了新途徑。MIMO無線通信系統(tǒng)因為在容量和頻譜利用率方面的卓越性能，成為未來無線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。
　　 本文分析了影響MIMO系統(tǒng)實際應用中系統(tǒng)

2、容量、傳輸速率和傳輸可靠性的因素，深入研究了一系列相關理論和關鍵技術。特別是在空間復用MIMO系統(tǒng)中的天線選擇技術，閉環(huán)MIMO系統(tǒng)的分集與復用折衷優(yōu)化問題，多用戶MIMO系統(tǒng)預編碼方法和相關優(yōu)化設計問題等方面做了詳細研究。
　　 基于誤碼率準則的天線選擇技術可以有效的提高空分復用系統(tǒng)的傳輸性能，降低系統(tǒng)成本，但由于實時性問題使其實用性變差。本文提出了基于誤碼率準則的次優(yōu)天線選擇算法。該算法利用系統(tǒng)誤碼率、線性接收機輸出信噪比與

3、信道矩陣之間的函數(shù)關系對系統(tǒng)誤碼率上邊界進行近似，進而選擇較優(yōu)的天線子集，達到改善系統(tǒng)傳輸性能的目的。為了降低計算復雜度，推導出了復域遞推Householder變換方法，在此基礎上給出了快速的天線選擇算法。與傳統(tǒng)算法相比，該算法降低了計算量的同時提高了系統(tǒng)的傳輸可靠性，改善了空分復用系統(tǒng)的性能，可以很好的滿足系統(tǒng)實時性、快速性的要求，在相關信道傳播環(huán)境中也可獲得可靠的傳輸性能和較好的系統(tǒng)容量。
　　 針對空分復用多用戶MIMO系

4、統(tǒng)利用發(fā)送選擇分集算法系統(tǒng)成本過高，不易于實現(xiàn)的問題，提出了一種適用于多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的聯(lián)合天線選擇算法。通過對多用戶系統(tǒng)基站發(fā)送端和用戶接收端傳輸錯誤概率的分析，得到以系統(tǒng)誤碼率最小化為目標的選擇準則。該算法可以獲得較好的誤碼率性能，有效的降低了多用戶系統(tǒng)復雜度，在系統(tǒng)性能和硬件成本間取得了較好的折衷。
　　 提出一種閉環(huán)多天線系統(tǒng)的分集復用判決切換算法。該算法以誤碼率為準則，在發(fā)送端根據(jù)反饋信息采用不同工作方式來滿

5、足系統(tǒng)的要求，充分利用分集復用增益，使得可切換MIMO系統(tǒng)的傳輸速率和可靠性得到很大程度上的改善。采用低復雜度的判決準則，推導得到一種分集復用模式快速切換算法對系統(tǒng)分集復用模式進行選擇，達到充分利用多天線系統(tǒng)分集與復用利益的目的。與現(xiàn)存算法相比，本文給出的算法可以更好地利用系統(tǒng)的瞬時分集增益，大大降低了計算復雜度，很好地滿足了多天線通信系統(tǒng)對實時性和快速性的要求。
　　 以系統(tǒng)可靠性和傳輸速率為目標，提出了基于自適應碼率、功率分

6、配技術的多天線系統(tǒng)分集復用折衷算法和快速折衷算法。該算法在鏈路級采用自適應的碼率和功率分配方案，根據(jù)信道實時狀態(tài)信息選擇多天線系統(tǒng)工作方式，充分利用系統(tǒng)分集復用增益的同時具有較好的抗擾動性能和較低的計算復雜度，適于實際的通信環(huán)境。
　　 在以基站為中心的下行多用戶MIMO通信系統(tǒng)中，其傳輸?shù)年P鍵在于如何有效的消除多用戶干擾，使移動臺獲得良好的傳輸性能。為滿足這一性能要求，在單天線多用戶波束形成的基礎上，提出了一種多天線多用戶的預

7、編碼算法和發(fā)送端性能優(yōu)化預處理算法。該算法利用下行廣播信道多用戶信道矩陣分塊的方法構造干擾用戶零空間，進行多用戶干擾消除，充分利用多用戶MIMO系統(tǒng)性能。與以往線性預編碼算法相比，所提算法可以獲得較好的誤碼率性能，且具有較低的計算量，滿足了無線通信系統(tǒng)實時性、快速性的要求。
　　 考慮到空分復用多用戶MIMO系統(tǒng)用戶間缺乏協(xié)作以及消除多用戶干擾后殘存誤差對傳統(tǒng)線性接收機檢測性能的影響，本文利用每個用戶的自身信道對多用戶系統(tǒng)用戶端