多小區(qū)MIMO系統(tǒng)下行鏈路協(xié)同波束成形和能效優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、人們對(duì)便捷通信不斷增長(zhǎng)的需求推動(dòng)了無(wú)線通信新技術(shù)的迅猛發(fā)展。作為3GPP LTE的關(guān)鍵技術(shù)，多小區(qū)之間的基站協(xié)作以虛擬MIMO的方式獲得空間分集，能夠有效地抑制小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的頻譜效率。然而，多小區(qū)蜂窩系統(tǒng)具有地理上分散的天線，作為MIMO技術(shù)在蜂窩系統(tǒng)中的推廣，要讓多小區(qū)協(xié)作處理成為現(xiàn)實(shí)還有許多困難要解決。首先是選擇哪些基站或用戶參與協(xié)作，實(shí)現(xiàn)以較低的復(fù)雜度達(dá)到系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化;其次，協(xié)作需要基站之間交換數(shù)據(jù)和信道狀態(tài)信息，這

2、給回程鏈路帶來(lái)了較大的負(fù)擔(dān)。另外，如何抑制小區(qū)間干擾也是個(gè)新課題。因此，研究蜂窩網(wǎng)絡(luò)下行鏈路的基站協(xié)作技術(shù)，具體研究波束成形、用戶調(diào)度、有限反饋等手段，以實(shí)現(xiàn)多小區(qū)協(xié)作，達(dá)到最大程度干擾抑制從而增加容量的目的依然是重要的研究課題。論文從傳統(tǒng)的MIMO技術(shù)入手，分析了多小區(qū)協(xié)作處理的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)協(xié)作用戶和反饋量的選擇、多小區(qū)下行鏈路波束成形算法以及信道狀態(tài)信息的利用、能量有效性等問(wèn)題，提出了一些新方法和新思路，得到了相應(yīng)的研究成果。

3、　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在降低復(fù)雜度方面，將選擇多用戶分集的思想應(yīng)用到多用戶MIMO系統(tǒng)中，以SINR作為信道質(zhì)量的度量，提出了選擇最大多用戶分集MIMO信道調(diào)度方法，每個(gè)用戶將最大的信干噪比值與設(shè)定的門限比較，只有大于門限的值及對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線序號(hào)返回給基站，基站分配獨(dú)立的信道給具有最大信干噪比的用戶，分析了所提方法對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)平均容量和歸一化反饋負(fù)載的理論表達(dá)式;所提方法的性能仿真結(jié)果與分析一致。注意到MIMO系統(tǒng)的信道容量由信道矩陣

4、的特征值確定，是特征值的函數(shù)，提出了基于特征分解的天線選擇算法，該算法可以解決多用戶MIMO系統(tǒng)中每個(gè)用戶只有一根接收天線時(shí)用戶的選擇問(wèn)題。最后介紹了多小區(qū)MIMO系統(tǒng)中選擇反饋和用戶選擇方案。⑵針對(duì)多小區(qū)MIMO系統(tǒng)的小區(qū)間干擾，提出了一種新的虛擬信干噪比的度量，根據(jù)此度量提出了基于本地CSI的分布式協(xié)同波束成形算法，算法不僅考慮使噪聲和干擾的和最小，而且考慮了直接鏈路的信道質(zhì)量，該算法最大的優(yōu)勢(shì)是不需要迭代運(yùn)行。然后研究了信道狀態(tài)信

5、息不確定時(shí)如何修正波束成形矢量，最后對(duì)幾種波束成形算法的和速率性能進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明這種算法優(yōu)于數(shù)字討價(jià)還價(jià)解。⑶在頻率復(fù)用的多小區(qū)多用戶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，為了獲得較好的和速率性能，研究了降低同頻干擾的協(xié)同波束成形設(shè)計(jì)問(wèn)題。建立了多小區(qū)多用戶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)波束成形的系統(tǒng)模型，將下行鏈路波束成形設(shè)計(jì)為貝葉斯靜態(tài)博弈，用博弈理論分析，結(jié)果表明，性能最優(yōu)的協(xié)同波束成形矢量是自私和利他策略的線性組合。提出了一種最大化和速率的波束成形矢量迭代算法，給出了基