MIMO通信系統(tǒng)波束形成與天線選擇研究.pdf

1、無線通信技術(shù)是當(dāng)今世界快速發(fā)展和最具活力的行業(yè)之一。隨著無線用戶的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了諸如高數(shù)據(jù)率、高頻譜效率以及高能量效率等關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。面對(duì)這些挑戰(zhàn)的有效解決方案是應(yīng)用大規(guī)模多天線系統(tǒng)和中繼轉(zhuǎn)發(fā)，但與此同時(shí)，為了節(jié)省射頻單元的高昂費(fèi)用以及硬件復(fù)雜度且保持或提高系統(tǒng)的相關(guān)性能，聯(lián)合波束形成與天線選擇技術(shù)是具有前景的研究課題。這是因?yàn)椴ㄊ纬墒歉鶕?jù)已知信道狀態(tài)信息并通過一系列的加權(quán)，從而使得該系統(tǒng)能到相關(guān)性能提升，同時(shí)運(yùn)用天線選擇技術(shù)可以在非大量

2、性能損失的前提下更大的節(jié)省不必要的能源開支。
　　本文將圍繞MIMO通信系統(tǒng)中波束形成與天線選擇的算法進(jìn)行研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，對(duì)現(xiàn)有經(jīng)典的天線選擇技術(shù)與波束形成技術(shù)進(jìn)行了概要的介紹、仿真以及對(duì)比各算法的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，即對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。
　　接著，分別在大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng)、單向放大轉(zhuǎn)發(fā)MIMO中繼通信系統(tǒng)、雙向譯碼轉(zhuǎn)發(fā)MIMO中繼通信系統(tǒng)中提出了對(duì)應(yīng)的波束形成與天線選擇的方案。
　　盡管傳輸、

3、接收波束形成技術(shù)在通常規(guī)模的MIMO中應(yīng)用甚廣，但在大規(guī)模的MIMO通信系統(tǒng)中，學(xué)者們對(duì)波束形成技術(shù)研究甚少，即便如此，大多也只關(guān)注于接收波束形成。本文將在大規(guī)模MIMO中提出一種聯(lián)合發(fā)射天線選擇和波束形成技術(shù)。從大量仿真結(jié)果的比較，進(jìn)一步說明了本文提出的方案在系統(tǒng)容量、可達(dá)速率、輸出信噪比、條件錯(cuò)誤對(duì)概率上都具有良好的性能。
　　在MIMO中繼通信中，現(xiàn)有文獻(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)通常是單單關(guān)注于最大化信道容量或是最大化信噪比，本文將在單向放

4、大轉(zhuǎn)發(fā)MIMO中繼通信系統(tǒng)上提出一種能量效率的天線選擇和波束形成方案。所提出算法可以聯(lián)合優(yōu)化傳輸功率、可激活天線數(shù)目和選擇天線子集，另外，推導(dǎo)了能量效率倒數(shù)曲線的累積分布函數(shù)用來驗(yàn)證仿真結(jié)果。
　　傳統(tǒng)上，學(xué)者們?cè)陔p向譯碼轉(zhuǎn)發(fā)MIMO中繼通信系統(tǒng)中通常假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)與兩源節(jié)點(diǎn)是等距離情況，然而面對(duì)非對(duì)稱情況，本文提出一種分步的波束形成與天線選擇算法。第一步，運(yùn)用了非迭代的簡(jiǎn)便算法來進(jìn)行天線選擇從而降低RF鏈路的高昂消費(fèi)。第二步，修正