基于信道狀態(tài)信息的MIMO發(fā)射策略優(yōu)化研究.pdf

1、理論證明，在無線通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)射端和接收端同時采用多副天線(即MIMO系統(tǒng))時，系統(tǒng)可以產(chǎn)生額外的空間維數(shù)，并使系統(tǒng)獲得自由度增益。利用這些額外的自由度，無線系統(tǒng)可以在信道空間上實現(xiàn)多路復(fù)用，從而帶來系統(tǒng)容量的提升。因此，MIMO系統(tǒng)發(fā)射策略的研究已成為當(dāng)前的一個熱點研究問題。本文主要研究了在無線通信系統(tǒng)中，基于信道狀態(tài)信息的發(fā)射策略優(yōu)化的幾項關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，在降低誤碼率的同時，可以有效地提高系統(tǒng)容量。本文的主要研究內(nèi)容如下

2、。 首先，本文對基于有限比特反饋的單用戶MIMO系統(tǒng)發(fā)射策略優(yōu)化進(jìn)行了研究?；谟邢薇忍胤答伒陌l(fā)射策略優(yōu)化的關(guān)鍵問題為碼本(codebook)設(shè)計。本文提出了基于MMSE準(zhǔn)則、BER最小化準(zhǔn)則和容量最優(yōu)化準(zhǔn)則的新的碼本設(shè)計算法。在碼本設(shè)計中，我們提出了最優(yōu)的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)計了新的失真函數(shù)，并改進(jìn)了通用的Lloyd算法。通過改進(jìn)型Lloyd算法，設(shè)計了三種新型的碼本。這些碼本和目前已有的碼本相比較，進(jìn)一步提高了無線通信系統(tǒng)的性能。

3、同時，基于三種準(zhǔn)則，本文研究了MIMO-OFDM有限比特反饋系統(tǒng)的最優(yōu)化發(fā)射策略，并提出了基于有限比特反饋的最優(yōu)功率分配方案。 然后，本文研究了多用戶MIMO系統(tǒng)的發(fā)射策略優(yōu)化。通過對多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中功率優(yōu)化的問題進(jìn)行分析，提出了一種新的功率優(yōu)化算法。該算法能夠在滿足多用戶速率要求的情況下，使發(fā)射功率最小，從而既實現(xiàn)了系統(tǒng)的公平性，又達(dá)到了資源的最優(yōu)分配。同時，本文推導(dǎo)了多用戶MIMO系統(tǒng)中多址接入信道(MAC)與

4、廣播信道(BC)的功率對偶性關(guān)系。利用MAC與BC的功率對偶性，使上行鏈路與下行鏈路的功率優(yōu)化方案可以相互轉(zhuǎn)換，從理論上建立了多用戶系統(tǒng)上行與下行鏈路的功率優(yōu)化的對偶性關(guān)系。在多用戶MIMO系統(tǒng)的調(diào)度方面，本文提出了一種基于碼本向量正交性的低復(fù)雜度多用戶調(diào)度算法，該算法避免了傳統(tǒng)算法中的窮舉搜索，簡化了用戶選擇的過程，使選擇的用戶集更加優(yōu)化。在碼本設(shè)計方面，本文利用FFT矩陣設(shè)計了具有良好正交性的碼本。并利用碼本中的碼字的正交關(guān)系將用戶

5、進(jìn)行分組，基于具有準(zhǔn)正交性的用戶組進(jìn)行用戶調(diào)度，可降低用戶選擇的復(fù)雜性。由于在實際中發(fā)射端只能得到部分信道狀態(tài)信息，因此本文進(jìn)一步研究了基于有限反饋的多用戶調(diào)度算法。該算法以信道方向信息(CDI)與信道質(zhì)量信息(CQI)作為反饋的信道狀態(tài)信息。為了降低復(fù)雜度，我們根據(jù)CDI將用戶劃分到不同的量化信道區(qū)域，并利用CQI進(jìn)行用戶選擇，從而可避免傳統(tǒng)算法的窮舉搜索，使用戶調(diào)度的過程得以簡化。 最后，本文研究了基于跨層優(yōu)化的多用戶MIM