大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)多用戶傳輸方案設計.pdf

1、大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)技術是當前最前沿的無線移動通信技術之一。該技術通過在基站端配備數以百計的天線并同時為更多的用戶提供服務，從而使無線移動通信系統(tǒng)達到極大的系統(tǒng)容量及高效的頻譜利用率。然而，在帶來以上系統(tǒng)性能提升的同時，大規(guī)模MIMO技術的實現(xiàn)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，因為大量用戶的數據流傳輸發(fā)生在相同的時間和頻譜資源塊內，所以采用該技術的大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)（下面簡稱大規(guī)模MIMO系統(tǒng)）是一個存在嚴重干擾的系統(tǒng)，必須結合有效的

2、干擾抑制或消除技術才能發(fā)揮其優(yōu)勢。因為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中用戶終端數量較多且是分散分布的，所以想要讓用戶間互相獲取信道信息并在用戶終端協(xié)作消除干擾是很難實現(xiàn)的。另外，相比基站，用戶終端的信號處理能力是有限的，所以傳統(tǒng)的用戶端接收檢測技術消除干擾對于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)而言是不夠的。因此大規(guī)模MIMO系統(tǒng)一般通過在基站端對發(fā)送數據進行處理進而消除干擾或者聯(lián)合基站端和用戶終端進行干擾消除。以此為背景，本文主要研究了多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的兩

3、種干擾消除技術，即預編碼技術和干擾對齊技術，并根據這兩種技術分別設計了針對FDD模式多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)和TDD模式多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的兩種傳輸方案。
　　本文首先介紹了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的一些基本內容，包括:大規(guī)模MIMO技術的研究現(xiàn)狀、大規(guī)模MIMO系統(tǒng)與傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)的區(qū)別及大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的下行傳輸模型。接著，本文研究了基站已知信道信息時的多用戶大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的預編碼技術，對基于迫零(Zero Forci

4、ng，ZF)、塊對角化（Block Diagonalization，BD）、最小均方誤差（Minimum Mean Square Error，MMSE）以及信號泄露噪聲比(Signal to Leakage-Noise Ratio，SLNR)這四種線性預編碼進行了詳細的原理推導，并利用MATLAB對采用這四種技術的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)和速率性能及誤碼率性能進行了性能對比和分析。除此之外，本文也對臟紙編碼（Dirty Paper Codin

5、g，DPC）、模代數預編碼（Tomlinson-Harashima Precoding，THP）和向量擾動預編碼（Vector Perturbation，VP）這三種典型的非線性預編碼技術作了介紹。上述基站已知信道信息的預編碼技術主要適用于TDD(Time DivisionDuplexing)模式，因為在TDD模式下，利用上下行信道的互易性，基站可以方便地獲得下行信道信息。而在FDD(Frequency Division Duplexi

6、ng)模式下，上下行信道互易性不成立，基站需要通過專門的反饋鏈路獲取信道信息。為了減小反饋量并且實現(xiàn)可靠傳輸，本文結合聯(lián)合空分復用(JSDM)傳輸方案和一種固定復雜度的QRDM-VP預編碼算法，提出了一種針對FDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的傳輸方案。最后，利用干擾對齊（IA）技術，本文提出了一種針對TDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的收發(fā)端聯(lián)合傳輸方案。通過MATLAB仿真結果可以看出，該傳輸方案能夠消除TDD模式下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)干擾，