新一代無線通信系統(tǒng)中的傳輸方案及資源分配研究.pdf

1、近年來，無線移動(dòng)通信已成為通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，已有多項(xiàng)技術(shù)被人們看好，很有希望成為未來移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)。這其中包括能有效克服多徑效應(yīng)，提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的正交頻分復(fù)用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)；以及能顯著提高系統(tǒng)容量或有效改善系統(tǒng)性能的多輸入天線、多輸出天線(MIMO, Multiple Input Multiple Output)技術(shù)等。

2、本文在國家“十五”863計(jì)劃重大課題“新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術(shù)研究(2003AA12331005)”和國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應(yīng)技術(shù)研究(60496315)”的資助下，針對惡劣的無線移動(dòng)通信中，多天線、多用戶環(huán)境以及多業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（QoS, Quality of Service）要求下的空間發(fā)送分集技術(shù)、MIMO傳輸方案以及自適應(yīng)資源分配技術(shù)等進(jìn)行了創(chuàng)新研究。 本文首先概述

3、了當(dāng)前MIMO信道中的空間分集技術(shù)，特別是發(fā)送分集技術(shù)。接著針對發(fā)送端已知信道狀態(tài)信息時(shí)的最大比發(fā)射(MRT，Maximum Ratio Transmitting)技術(shù)，提出一種在基站端采用最優(yōu)選擇最大比發(fā)射(OMRT, Optimum -Selection Maximum Ratio Transmitting)的發(fā)送分集技術(shù)，從而在滿足性能要求的同時(shí)，降低基站的硬件復(fù)雜度、功耗等。在此基礎(chǔ)上，我們利用隨機(jī)矩陣(Random Matri

4、x)和排序統(tǒng)計(jì)(Order Statistics)的理論知識(shí)，對該技術(shù)進(jìn)行了性能分析，得到瑞利衰落信道下中斷概率(Outage Probability)、誤碼率(BER, Bit Error Rate)等性能指標(biāo)的表達(dá)式。 其次針對MIMO通信中，由于尺寸大小、功率能量以及生產(chǎn)成本等方面的限制而造成當(dāng)前大多數(shù)手持設(shè)備不太可能配置多的天線數(shù)（或射頻電路數(shù)）這一現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，通過收、發(fā)端的聯(lián)合設(shè)計(jì)，提出兩種新的MIMO傳輸方案，從而達(dá)到

5、提高系統(tǒng)性能，降低收發(fā)端的硬件復(fù)雜度、功耗等目的。首先，我們提出一種在基站按照MRT技術(shù)發(fā)射信號，而在移動(dòng)臺(tái)端基于信噪比(SNR, Signal-to-Noise Ratio)最大的原則僅選擇一根接收天線來接收、處理信號的傳輸方案(即MRT/RAS, Maximum Ratio Transmitting/ Receiver Antenna Selection Combining)。接著，我們又提出在基站采用選擇發(fā)射聯(lián)合移動(dòng)臺(tái)端采用最少選

6、擇最大比合并接收的傳輸方案(即TAS/MMRC, Transmitting Antenna Selection /Receiver Minimum-Selection Maximum Ratio Combining)。分析和仿真結(jié)果均表明MRT/RAS方案可以取得很好的陣列增益(Array Gain)及滿分集增益(Full Diversity Gain)，在相同頻譜條件下，性能超過某些復(fù)雜的空時(shí)編碼系統(tǒng)。同樣我們對TAS/MMRC方案也

7、進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。這些結(jié)論既表明我們所提出的傳輸方案非常滿足當(dāng)前對MIMO傳輸技術(shù)的要求，同時(shí)也為它們的實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。 我們還研究了基于特征波束成形傳輸策略的MIMO-OFDM系統(tǒng)中的資源分配問題。首先在保證用戶誤碼率的條件下，以總的發(fā)射功率最小化為目標(biāo)，提出多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中的自適應(yīng)資源分配準(zhǔn)則，并對此時(shí)的系統(tǒng)性能和取得的多用戶分集(Multiuser Diversity)增益進(jìn)行了定量分析。在此基礎(chǔ)上，還

8、將考慮用戶的傳輸速率要求，考慮到算法的實(shí)用性和復(fù)雜度，給出了一種低復(fù)雜度的次優(yōu)分配算法，使得在用戶QoS要求得到保證的基礎(chǔ)上系統(tǒng)總的發(fā)射功率最小。此外，我們還研究了相關(guān)衰落信道下MIMO-OFDM系統(tǒng)中的自適應(yīng)資源分配策略。 最后，在不同信噪比條件下，我們討論了使多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)（包括實(shí)際應(yīng)用的V-BLAST(Vertical Bell Laboratory Layered Space-Time)/OFDM系統(tǒng)）的瞬