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随着无线通信的快速发展,用户设备对高速率传输的需求日益迫切,有限的频谱资源也显得更加宝贵。上行多用户MIMO技术具有实现上行信道分集增益,提高频谱效率,减少终端硬件复杂度等优势,并已成为国内外学术界及产业界研究的热点技术之一。用户配对是上行多用户MIMO技术中实现无线资源高效利用的重要步骤。本文在授权频段平坦衰落信道、授权频段频率选择性衰落信道以及非授权频段三种场景下,研究了基于用户配对的无线资源管理。 首先,研究了平坦衰落信道中的用户配对问题。在2×2上行多用户MIMO系统中,利用能量效率和频谱效率在三维空间中的投影简化了非线性优化问题的复杂性。根据全局解空间中实现最大能量效率的传输功率分配和频谱效率约束范围之间的位置关系,提出了一种低复杂度的基于空间投影约束分析的迭代算法,实现了频谱效率约束下的能量效率上界。在M×K上行多用户MIMO系统中,通过对拟凹优化问题的求解,揭示了用户配对方案的性能与信道条件以及每个用户电路功率之间的关系,提出了基于多级注水的用户配对和功率分配联合算法,实现了保证频谱效率约束的能量效率最大化。通过仿真分析,分别证明了适用于2×2和M×K上行多用户MIMO系统的用户配对算法的有效性和低复杂性 然后,研究了频率选择性信道中的用户配对和资源分配联合问题。该问题是一个NP-hard问题,本文提出了两种算法来改进该问题的次优求解。一方面,提出基于加窗的改进算法,最大程度地提高了每个资源块上的加权吞吐量,进一步地,可以通过自适应地选择窗长大小来利用所提算法提高性能。在此基础上,还提出了一种基于蒙特卡罗模拟的新性能评价方法,对多种已有的算法进行了评估。另一方面,将用户配对和资源分配刻画成一个通用的联合问题,并从一个新的角度,基于经济学中的匹配理论提出了一种有效的自适应延迟接收算法,实现了较强的鲁棒性以及更好的性能。 接着,进行了上行多用户MIMO系统中三个性能指标的统一研究。本文在基于用户配对的无线资源管理研究时发现频谱效率、能量效率及用户公平性这三个关键性能指标存在一个统一的数学表达,由此定义了两个基于用户偏好的统一指标,分别在平坦衰落信道和频率选择性衰落信道上提出了基于统一指标的用户配对算法和用户配对与资源分配联合方案,实现了三个关键性能指标之间的动态平衡。通过在平坦衰落信道和频率选择性信道上的仿真分析,发现所提的基于偏好的统一指标以及相应的方案可以作为上行多用户MIMO在实际应用中的性能分析指导。 最后,研究了非授权频段上行多用户MIMO系统中的无线资源管理问题。非授权频段上工作的多种无线通信技术可能会互相造成干扰,当现有的上行多用户MIMO技术应用到非授权频段中时,被调度的用户需要在接入信道之前进行说前先听(Listen-Before-Talk,LBT)操作,用户LBT失败会造成为其分配的上行时频资源浪费,从而降低信道的分集增益及系统吞吐量。本文在非授权频段上设计了一种灵活的上行多用户MIMO调度方案,即基于H因子的低复杂度自适应调度算法,解决了占用非授权信道失败引起的吞吐量下降问题。通过灵活调整调度用户的数量,可以从统计意义上弥补信道占用失败引起的性能下降。最大限度地提高了非授权频段上行多用户MIMO系统的吞吐量。