MIMO系统空时编码与用户选择技术研究

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无线通信技术的迅猛发展使人们的通信和生活方式发生了重大改变。无线业务的迅速增加需要大量的频段以保证足够的传输速率,而实际上频谱资源是十分有限的。因此,如何高效地利用无线频谱引起了广泛关注。目前,多输入多输出(MIMO)技术通常被认为是进一步提高频谱利用率的最有效的方法之一。MIMO技术的实质就是为无线系统提供空间分集增益和空间复用增益。空间分集是一种有效对抗无线链路衰落的技术,而空间复用可以在不增加额外大功率和带宽的情形下,提供与天线个数成线性比例的系统容量,从而大大提高了系统的频谱利用率。在发射端已知信道状态信息(CSI)的情况下,利用波束形成技术可以实现最优系统性能;在发射端未知任何CSI的情况下,系统利用空时编码技术实现发射分集来提高传输效率。而对于大部分MIMO系统,接收端可以根据信道估计获得部分CSI并反馈给发射端。基于有限的反馈信息,发射端可以对发射信号进行更加有效的编码处理。目前MIMO系统的研究已经从点对点的单用户系统扩展到点对多点的多用户系统即MU-MIMO系统。它可以在不需要附加时隙和频谱资源的前提下同时与多个用户通信,相比单用户系统能够达到更高的信道容量。在多用户系统中,为消除用户间干扰,发射端需根据CSI对发射信号进行预编码。其中,ZFBF预编码是得到广泛研究的一种技术。但是由于它对同时服务用户数目的限制,发射端需要采取有效的算法选取一定的用户子集接受服务。另外,若要保证各用户接受服务的公平性,需对用户的接入进行调度。同时,由于RF链路成本较高,在MU-MIMO系统的发射端增加天线数并采用天线选择技术也是一种非常有效的低成本提高系统性能的技术。本论文研究了单用户MIMO系统的空时编码技术和MU-MISO系统中的发射天线与用户选择技术,主要贡献及创新点包括以下两个方面:(1)研究一种已写入4G标准的单用户MIMO系统-DSTTD系统。提出了在发射端基于有限角度反馈信息对发送信号进行改进的Alamouti空时编码机制。该角度信息由接收端计算并反馈,计算的准则是最大化最小后验信噪比。该机制实现与传统天线重分组技术几乎一样的性能,但是需要较少比特的反馈信息。(2)研究了基于不同用户服务质量需求的MU-MISO系统。提出了两种发射天线与用户选择算法,两种算法均基于最大化系统和速率:一种是先进行用户选择再进行发射天线选择,另一种是将发射天线和用户联合选择。两种方法既能实现接近最优算法的性能又具有较低的算法复杂度。在此基础上结合比例公平调度算法,保证整个系统对所有用户服务的公平性。综上所述,本论文对DSTTD系统基于角度反馈信息的编码技术以及下行多用户MISO系统的发射天线和用户选择技术进行了研究。论文最后总结了该领域尚待解决的问题以及下一步的研究重点。
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