MIMO系統(tǒng)的優(yōu)化與天線選擇算法的研究.pdf

1、快速發(fā)展的無(wú)線通信己成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的亮點(diǎn)，并成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。但無(wú)線通信的迅速發(fā)展使有限的頻譜資源與不斷增加的系統(tǒng)容量需求之間的矛盾越來(lái)越突出。結(jié)合空時(shí)處理的多輸入多輸出(multi-input multi-output, MIMO)技術(shù)的出現(xiàn)，為解決該矛盾提供了新途徑。MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)因?yàn)樵谌萘亢皖l譜利用率方面的卓越性能，成為未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。
　　 本文分析了影響MIMO系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)

2、容量、傳輸速率和傳輸可靠性的因素，深入研究了一系列相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)。特別是在空間復(fù)用MIMO系統(tǒng)中的天線選擇技術(shù)，閉環(huán)MIMO系統(tǒng)的分集與復(fù)用折衷優(yōu)化問(wèn)題，多用戶MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼方法和相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題等方面做了詳細(xì)研究。
　　 基于誤碼率準(zhǔn)則的天線選擇技術(shù)可以有效的提高空分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸性能，降低系統(tǒng)成本，但由于實(shí)時(shí)性問(wèn)題使其實(shí)用性變差。本文提出了基于誤碼率準(zhǔn)則的次優(yōu)天線選擇算法。該算法利用系統(tǒng)誤碼率、線性接收機(jī)輸出信噪比與

3、信道矩陣之間的函數(shù)關(guān)系對(duì)系統(tǒng)誤碼率上邊界進(jìn)行近似，進(jìn)而選擇較優(yōu)的天線子集，達(dá)到改善系統(tǒng)傳輸性能的目的。為了降低計(jì)算復(fù)雜度，推導(dǎo)出了復(fù)域遞推Householder變換方法，在此基礎(chǔ)上給出了快速的天線選擇算法。與傳統(tǒng)算法相比，該算法降低了計(jì)算量的同時(shí)提高了系統(tǒng)的傳輸可靠性，改善了空分復(fù)用系統(tǒng)的性能，可以很好的滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、快速性的要求，在相關(guān)信道傳播環(huán)境中也可獲得可靠的傳輸性能和較好的系統(tǒng)容量。
　　 針對(duì)空分復(fù)用多用戶MIMO系

4、統(tǒng)利用發(fā)送選擇分集算法系統(tǒng)成本過(guò)高，不易于實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了一種適用于多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的聯(lián)合天線選擇算法。通過(guò)對(duì)多用戶系統(tǒng)基站發(fā)送端和用戶接收端傳輸錯(cuò)誤概率的分析，得到以系統(tǒng)誤碼率最小化為目標(biāo)的選擇準(zhǔn)則。該算法可以獲得較好的誤碼率性能，有效的降低了多用戶系統(tǒng)復(fù)雜度，在系統(tǒng)性能和硬件成本間取得了較好的折衷。
　　 提出一種閉環(huán)多天線系統(tǒng)的分集復(fù)用判決切換算法。該算法以誤碼率為準(zhǔn)則，在發(fā)送端根據(jù)反饋信息采用不同工作方式來(lái)滿

5、足系統(tǒng)的要求，充分利用分集復(fù)用增益，使得可切換MIMO系統(tǒng)的傳輸速率和可靠性得到很大程度上的改善。采用低復(fù)雜度的判決準(zhǔn)則，推導(dǎo)得到一種分集復(fù)用模式快速切換算法對(duì)系統(tǒng)分集復(fù)用模式進(jìn)行選擇，達(dá)到充分利用多天線系統(tǒng)分集與復(fù)用利益的目的。與現(xiàn)存算法相比，本文給出的算法可以更好地利用系統(tǒng)的瞬時(shí)分集增益，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度，很好地滿足了多天線通信系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和快速性的要求。
　　 以系統(tǒng)可靠性和傳輸速率為目標(biāo)，提出了基于自適應(yīng)碼率、功率分

6、配技術(shù)的多天線系統(tǒng)分集復(fù)用折衷算法和快速折衷算法。該算法在鏈路級(jí)采用自適應(yīng)的碼率和功率分配方案，根據(jù)信道實(shí)時(shí)狀態(tài)信息選擇多天線系統(tǒng)工作方式，充分利用系統(tǒng)分集復(fù)用增益的同時(shí)具有較好的抗擾動(dòng)性能和較低的計(jì)算復(fù)雜度，適于實(shí)際的通信環(huán)境。
　　 在以基站為中心的下行多用戶MIMO通信系統(tǒng)中，其傳輸?shù)年P(guān)鍵在于如何有效的消除多用戶干擾，使移動(dòng)臺(tái)獲得良好的傳輸性能。為滿足這一性能要求，在單天線多用戶波束形成的基礎(chǔ)上，提出了一種多天線多用戶的預(yù)

7、編碼算法和發(fā)送端性能優(yōu)化預(yù)處理算法。該算法利用下行廣播信道多用戶信道矩陣分塊的方法構(gòu)造干擾用戶零空間，進(jìn)行多用戶干擾消除，充分利用多用戶MIMO系統(tǒng)性能。與以往線性預(yù)編碼算法相比，所提算法可以獲得較好的誤碼率性能，且具有較低的計(jì)算量，滿足了無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、快速性的要求。
　　 考慮到空分復(fù)用多用戶MIMO系統(tǒng)用戶間缺乏協(xié)作以及消除多用戶干擾后殘存誤差對(duì)傳統(tǒng)線性接收機(jī)檢測(cè)性能的影響，本文利用每個(gè)用戶的自身信道對(duì)多用戶系統(tǒng)用戶端