MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇算法研究.pdf

1、天線選擇技術是最近發(fā)展起來的一種非常有效的低成本低復雜度的多天線分集技術，具有重要的理論和實際價值，在無線通信領域正發(fā)揮著越來越重要的作用。論文針對MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇技術進行研究。在研究了天線選擇基本算法的基礎上，著重對空間復用和閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇技術及優(yōu)化設計進行了深入的研究。對于空間復用系統(tǒng)，考慮在使用具體接收檢測算法的條件下如何設計天線選擇算法。對于閉環(huán)空間復用系統(tǒng)，研究有效的傳輸模式來減輕反饋信息量。在閉環(huán)發(fā)

2、射分集系統(tǒng)中，分析最大率傳輸模式下發(fā)射天線選擇的接收性能，并以此設計系統(tǒng)的發(fā)射天線數(shù)量。同時將該研究方法引入到等增益?zhèn)鬏斈Ｊ较掳l(fā)射天線選擇技術中，獲得了一系列的研究成果。論文的主要貢獻及創(chuàng)新點包括以下幾個方面： (1)研究了空間復用系統(tǒng)中使用低復雜度接收機時的發(fā)射天線選擇問題。低復雜度接收機分離并行復用數(shù)據流時，其性能取決于子數(shù)據流最小后檢測信噪比。線性接收機是最簡單的空間復用接收機，但其分離出的子數(shù)據流最小后檢測信噪比可能非常

3、小。為了提高子數(shù)據流最小后檢測信噪比，本文使用BLAST接收機，它通過干擾抵消來提高子數(shù)據流后檢測信噪比。提出了基于BLAST接收機的發(fā)射天線選擇算法，它選擇子數(shù)據流最小后檢測信噪比最大的天線子集。仿真結果顯示提出的算法在接收誤碼性能和信道容量上都優(yōu)于基于線性接收機的發(fā)射天線選擇算法； (2)研究了閉環(huán)空間復用系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇問題。在這個系統(tǒng)中，如果發(fā)射機端未知信道狀態(tài)信息或發(fā)射信號總功率很高時，等功率傳輸獲得的信道容量是最優(yōu)

4、的。在低發(fā)射信號總功率時，如果發(fā)射機端已知信道狀態(tài)信息，那么結合注水功率分配算法的擴展最大率傳輸獲得的信道容量最大，但這時需要的反饋信息量非常大。為了減少反饋信息，提出了一種基于部分最大率傳輸?shù)陌l(fā)射天線選擇算法，以及相應的發(fā)射天線功率分配算法。對于兩個射頻鏈路情況，證明了提出的方法只需要一半的反饋信息就可以獲得擴展最大率傳輸所達到的最大系統(tǒng)信道容量。仿真結果顯示與擴展最大率傳輸相比，該算法減少了系統(tǒng)在低發(fā)射信號總功率時的反饋信息量，并且

5、提高了系統(tǒng)在高發(fā)射信號總功率時的信道容量； (3)研究了混合發(fā)射天線選擇的最大率傳輸系統(tǒng)(TAS-MRT)。為了減少系統(tǒng)的成本和復雜度，提出了TAS-MRT系統(tǒng)中以平均接收信噪比為性能指標的最少發(fā)射天線數(shù)的計算方法。在此基礎上，提出了基于平均接收誤比特率的最少發(fā)射天線數(shù)的計算方法。這些算法可以增加最少的發(fā)射天線來彌補射頻鏈路數(shù)減少帶來的性能損失。為了減少反饋信息量，研究了TAS-MRT系統(tǒng)中發(fā)射波束形成矢量的量化方法，提出了L

6、loyd矢量量化算法和Grassmannian子空間包裝(GSP)算法。仿真結果顯示，與MRT系統(tǒng)相比，TAS-MRT系統(tǒng)受發(fā)射波束形成矢量量化的影響較小。TAS-MRT系統(tǒng)使用Lloyd算法的誤比特率性能優(yōu)于GSP算法，這是因為Lloyd算法是根據發(fā)射波束形成矢量特性設計的； (4)研究了混合發(fā)射天線選擇的等增益?zhèn)鬏斚到y(tǒng)(TAS-EGT)。為了減少系統(tǒng)的成本和復雜度，提出了TAS-EGT系統(tǒng)以平均接收信噪比為性能指標的最少發(fā)射

7、天線數(shù)的計算方法。該算法可以增加最少的發(fā)射天線來彌補射頻鏈路數(shù)減少帶來的性能損失。由于該系統(tǒng)的性能并非完全與射頻鏈路數(shù)成正比，提出了基于平均接收信噪比的最優(yōu)射頻鏈路數(shù)的計算方法。這個算法尋找使系統(tǒng)性能最大的射頻鏈路數(shù)。提出了TAS-EGT系統(tǒng)在兩個射頻鏈路情況下(TAS-EGT2系統(tǒng))的基于平均接收誤比特率的最少發(fā)射天線數(shù)計算方法。研究了TAS-EGT系統(tǒng)中發(fā)射波束形成矢量的量化算法，提出了基于相位扇區(qū)化的發(fā)射波束形成矢量量化算法。該算