多用戶MIMO(MU-MIMO)系統(tǒng)下行鏈路預(yù)編碼和調(diào)度算法研究.pdf

1、多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術(shù)通過在發(fā)射端與接收端的多天線配置，提供豐富的空間復(fù)用增益和空間分集增益，能夠在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下極大的提高無線通信系統(tǒng)的容量和可靠性，被認為是未來移動通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 在單用戶MIMO(Single-user MIMO，SU-MIMO)系統(tǒng)中，若通信一方由于某些因素的限制，無法配置多天線，則整個系統(tǒng)所能獲得的容量

2、增益就會大大降低。為了充分發(fā)揮MIMO技術(shù)的潛力，多用戶MIMO(Multi-user MIMO，MU-MIMO)系統(tǒng)近來成為新的研究熱點。它可以在不附加時隙和頻譜資源的情況下同時接入多個用戶進行通信，從而達到更高的容量。然而，在多用戶MIMO系統(tǒng)的下行鏈路中，常常假設(shè)各用戶端之間無法相互協(xié)作，因此就不能利用上行鏈路中普遍采用的聯(lián)合檢測方法來恢復(fù)發(fā)射信號。在這種情況下，如何消除或降低用戶之間的同信道干擾(Co-channel inter

3、ference，CCD以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量就成為了多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的核心問題之一。
　　 如果發(fā)射端能夠獲得完整或部分信道狀態(tài)信息(Channel state informatioN,CSl)，則可以通過預(yù)編碼(Precoding)和用戶調(diào)度(User scheduling)技術(shù)來對抗同信道干擾。所謂預(yù)編碼技術(shù)，就是對發(fā)射信號進行預(yù)處理后再送入信道。預(yù)編碼與原信道共同構(gòu)成等效信道。只要各用戶所對應(yīng)的等效信道之間盡量

4、相互正交，就能夠消除或降低各用戶端所受到的同信道干擾。另一方面，在實際移動通信系統(tǒng)中，有通信需求的待選用戶數(shù)常常遠多于系統(tǒng)可同時接入的用戶數(shù)。如果各用戶信道的衰落相互獨立，就可以通過用戶調(diào)度技術(shù)，利用信道波動，安排各用戶在其信道非常強時工作，以充分利用通信資源，達到提高系統(tǒng)性能的目的。這其實就是一種機會通信方法，所獲得的性能增益即多用戶分集增益。
　　 本文首先在發(fā)射端確知各用戶完整信道狀態(tài)信息的假設(shè)下，對幾種常見的線性預(yù)編碼算

5、法進行了橫向比較，驗證了基于最大化信號泄漏噪聲比(Signal to leakage plus noise ratio，SLNR)準則的預(yù)編碼方案能夠在性能、復(fù)雜度、適用范圍這幾方面取得一個比較好的折衷。隨后，本文延用SLNR的概念提出了一種信道自適應(yīng)的功率分配算法。計算機程序仿真結(jié)果顯示，將其與基于最大化SLNR準則的預(yù)編碼算法相結(jié)合，就能以附加很小的計算量與輕微的總?cè)萘啃阅軗p失為代價而顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率性能。另一方面，在用戶

6、調(diào)度算法的設(shè)計中，本文以SLNR作為各用戶信道條件優(yōu)劣的表征，提出了基于最大化SLNR最小值準則的用戶調(diào)度方案。仿真結(jié)果顯示，所提出的用戶調(diào)度算法能夠顯著提升系統(tǒng)的平均誤比特率與總?cè)萘啃阅?，并且能夠根?jù)實際需要，在性能與計算復(fù)雜度之間實現(xiàn)不同的折衷。
　　 此外，本文還考慮了有限反饋條件下預(yù)編碼和用戶調(diào)度算法的設(shè)計。在實際系統(tǒng)中，信道狀態(tài)信息常常是各用戶端通過容量受限的反饋信道發(fā)送給發(fā)射端的，即反饋的信道狀態(tài)信息需要事先經(jīng)過一定