蜂窩網(wǎng)絡(luò)MIMO關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信業(yè)務(wù)的用戶數(shù)成指數(shù)增長，這對(duì)無線數(shù)據(jù)流量提出了更高的要求。然而，無線電頻譜資源是很有限的，如何在有限的資源下進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)流量成為一個(gè)亟待解決的問題。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是在這種背景下發(fā)展起來并成為無線通信領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。MIMO技術(shù)可以顯著提高系統(tǒng)的傳輸速率和鏈路的可靠性，具有很大的理論意義及實(shí)用價(jià)值，已成為下一代無線通信技術(shù)提升信道容量的重要途徑之一。MIMO技術(shù)可以分為閉環(huán)與開環(huán)MIM

2、O技術(shù)。在閉環(huán)MIMO下行鏈路中，反饋信道信息的控制信道帶寬是有限的，這使得MIMO預(yù)編碼無法利用完整的信道信息以獲取充分的預(yù)編碼增益。因而在有限反饋的前提下，如何獲得較多MIMO預(yù)編碼增益就成為一個(gè)重要的研究問題。在開環(huán)MIMO下行鏈路中，發(fā)送端雖然無法獲知信道信息，但發(fā)送端同樣能通過開環(huán)MIMO技術(shù)以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度或獲得空間復(fù)用增益，所以開環(huán)MIMO傳輸技術(shù)也是一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文圍繞蜂窩網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)與開環(huán)MIMO兩方面展開研究工作，所取得

3、的主要研究成果如下:
　　 (1)在閉環(huán)MIMO單用戶下行鏈路中，基于預(yù)編碼碼本的有限預(yù)編碼，本文提出了交替碼本預(yù)編碼方案。在不增加額外反饋開銷的條件下，該方案能虛擬地增大碼本，從而減小碼本對(duì)信道的量化誤差。所提出的交替碼本預(yù)編碼方案比傳統(tǒng)的預(yù)編碼方案有著更好的BER性能。在移動(dòng)速度為1km/h時(shí)，4反饋比特的交替碼本BER性能接近傳統(tǒng)預(yù)編碼方案在10比特下的性能;在移動(dòng)速度為3km/h時(shí)，4反饋比特的交替碼本方案的BER性能接

4、近傳統(tǒng)預(yù)編碼方案在8反饋比特下的性能;當(dāng)移動(dòng)速度為15 km/h時(shí)，交替碼本相對(duì)傳統(tǒng)方案的增益減小，但仍然優(yōu)于4反饋比特的傳統(tǒng)預(yù)編碼方案性能。在移動(dòng)速度為60 km/h時(shí)，交替碼本與4反饋比特的傳統(tǒng)預(yù)編碼方案性能一樣。
　　 (2)在閉環(huán)MIMO單用戶下行鏈路中，基于差分碼本的有限反饋，本文提出了融合優(yōu)化于不同信道變化速率的交替差分碼本方案。通過交替使用該差分碼本集合，可以虛擬地增加碼本的大小，更為重要的是使得優(yōu)化于不同速率的碼

5、字變得同時(shí)可用，從而克服了傳統(tǒng)的差分碼本常常優(yōu)化于某一特定的速率這一缺點(diǎn)。所提方案的理論分析與仿真研究結(jié)果表明該方案相比傳統(tǒng)的差分碼本預(yù)編碼而言，不僅能在低移動(dòng)速率時(shí)保持傳統(tǒng)差分碼本（優(yōu)化于低速率）的優(yōu)異信道追蹤性能，而且能在中高速率環(huán)境下提升該差分碼本的性能，改善了差分碼本不能快速適應(yīng)于各種速率的特點(diǎn)，這種方案較好地增強(qiáng)了差分碼本有限反饋的實(shí)用性。在低速率時(shí)(1 km/h)，交替差分碼本預(yù)編碼性能略優(yōu)于優(yōu)化于1km/h的原始差分碼本性

6、能，交替差分碼本在15 km/h時(shí)的性能仍然優(yōu)于原始的且分別優(yōu)化于1km/h與30 km/h的差分碼本。當(dāng)速率達(dá)到30 km/h時(shí)，交替差分碼本性能優(yōu)于原始的優(yōu)化于1km/h的差分碼本，并且接近于單純優(yōu)化于30 km/h原始差分碼本。
　　 (3)在閉環(huán)多用戶MIMO下行鏈路中，本文將交替碼本思想應(yīng)用到了多用戶有限反饋預(yù)編碼技術(shù)中，多用戶MIMO采用了3GPP-LTE標(biāo)準(zhǔn)中基于正交波束成形的SDMA的下行鏈路傳輸方案，并進(jìn)一步優(yōu)

7、化了算法，在貼近實(shí)際的多蜂窩環(huán)境中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，證實(shí)了該方案現(xiàn)實(shí)可行，明顯地提高了系統(tǒng)吞吐量。在速率為1km/h時(shí)，4反饋比特的基于交替碼本的多用戶MIMO接近傳統(tǒng)的多用戶MIMO在10反饋比特時(shí)的性能，獲得近6比特增益;在速率為3km/h時(shí)，4反饋比特的基于交替碼本的多用戶MIMO能優(yōu)于傳統(tǒng)的多用戶MIMO在8反饋比特時(shí)的性能，獲得4比特增益。
　　 (4)在開環(huán)MIMO下行鏈路中，針對(duì)單頻廣播網(wǎng)絡(luò)的傳輸問題，首先分析了制約

8、開環(huán)MIMO空間復(fù)用傳輸?shù)目陀^條件，給出了解決這一問題的思路與方案，提出了分布式空間復(fù)用方案。針對(duì)LTE多媒體廣播多播傳輸這一典型開環(huán)MIMO應(yīng)用實(shí)例，首先研究了LTE中標(biāo)準(zhǔn)化的多媒體廣播多播技術(shù)，并將同站點(diǎn)MIMO空間復(fù)用傳輸技術(shù)應(yīng)用到了LTE MBMS中，同時(shí)針對(duì)同站點(diǎn)MIMO技術(shù)的不足，提出了兩種開環(huán)MIMO傳輸方式，即分布式多數(shù)據(jù)流傳輸方案:一個(gè)是基于規(guī)劃的分布式多數(shù)據(jù)流傳輸;另一個(gè)是隨機(jī)選擇的分布式多數(shù)據(jù)流傳輸。兩種方案均能有