MIMO系统干扰抑制与性能增强技术研究

论文摘要

多输入多输出（Multi-Input Multi-Output, MIMO）技术能够在不增加系统带宽和发射功率的前提下提升频谱效率、提高服务质量、增强用户性能，已经成为新型网络体制的核心支撑技术。小区边缘用户性能不佳一直是蜂窝系统的一个技术瓶颈，干扰抑制和性能增强的相关技术能够极大地提升MIMO系统中边缘用户的性能，受到国内外学者的广泛关注。论文以此为切入点，针对非协作系统、协作系统和有限反馈协作系统的干扰抑制与分组调度技术展开深入研究，主要工作如下：1.推导了MIMO系统模型用户数据速率表达式，分析了小区间干扰（Inter-CellInterference, ICI）和频率资源调度对用户数据速率的影响。阐述了多种非协作系统抑制ICI的方法和基于线性预编码算法的协作系统干扰抑制方法。讨论了分组调度技术的系统模型和经典调度算法。2.探讨了非协作系统的干扰抑制与性能增强相关技术问题。深入研究了软频率复用（Soft Frequency Reuse, SFR）技术原理，针对SFR中小区边缘频率资源缺失而无法有效保障边缘用户性能的技术问题，给出一种基于用户优先级的比例公平（Proportional Fairness,PF）调度算法。该算法通过引入用户优先级因子来调节用户频率分配优先级，优先为边缘用户分配资源，以保障边缘用户传输质量。仿真结果表明，所提算法在损失一定系统吞吐量的条件下，改善了中心用户和边缘用户之间的公平性，提高了边缘用户数据速率，显著增强了边缘用户性能。3.探讨了协作系统的干扰抑制与性能增强相关技术问题。针对迫零（Zero-Forcing, ZF）预编码算法中边缘用户性能不佳的问题，给出一种干扰消除类预编码算法。该算法通过多小区联合ZF预编码，同时引入SFR技术来提高零空间自由度，并结合PF调度算法来提高用户公平性。仿真结果表明，算法在损失一定用户公平性的条件下，提高了系统吞吐量和边缘用户数据速率。针对信漏噪比（Signal to Leakage and Noise Ratio, SLNR）预编码算法中权值恶意竞争问题，给出一种干扰抑制类预编码算法。该算法以SLNR最大化为优化目标，引入SFR来缓解权值竞争压力，同时联合PF算法尽力而为地确保用户公平性。仿真分析表明，算法在损失一定用户公平性的条件下，提高了系统吞吐量，增强了边缘用户的性能。4.探讨了有限反馈协作系统的干扰抑制与性能增强相关技术问题。针对信道状态信息（Channel State Information, CSI）反馈质量难以保证的实际问题，给出一种基于码本的预编码算法。该算法通过码本量化预编码矩阵，并将其引入到干扰抑制类预编码算法中，仅需反馈码字编号即可还原预编码矩阵。仿真结果表明，算法保证了系统和边缘用户性能，但作为降低反馈量的代价，与引入码本前相比，算法性能略微下降。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 下一代移动通信发展概况
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 MIMO 系统概述
• 1.2.2 MIMO 系统干扰抑制与性能增强技术研究现状
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的研究内容和主要工作
• 1.5 论文的结构安排
• 第二章 系统模型及相关技术概述
• 2.1 引言
• 2.2 MIMO 系统模型
• 2.3 非协作系统的干扰抑制技术
• 2.3.1 小区间干扰随机化技术
• 2.3.2 小区间干扰消除技术
• 2.3.3 小区间干扰协调技术
• 2.4 协作系统的干扰抑制技术
• 2.4.1 MIMO 预编码系统结构和原理
• 2.4.2 基于 ZF 准则的线性预编码算法
• 2.4.3 基于 MMSE 准则的线性预编码算法
• 2.4.4 基于奇异值分解的线性预编码算法
• 2.5 分组调度技术
• 2.5.1 系统模型
• 2.5.2 经典分组调度算法
• 2.6 本章小结
• 第三章 非协作系统的干扰抑制与性能增强技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 软频率复用技术
• 3.2.1 中心用户和边缘用户
• 3.2.2 部分频率复用
• 3.2.3 软频率复用的特点
• 3.3 基于用户优先级的比例公平调度算法
• 3.3.1 算法思想
• 3.3.2 仿真设置
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 协作系统的干扰抑制与性能增强技术研究
• 4.1 引言
• 4.2 迫零预编码及软频率复用的比例公平调度算法
• 4.2.1 算法思想
• 4.2.2 仿真分析
• 4.3 最大化信漏噪比及频率复用的比例公平调度算法
• 4.3.1 算法思想
• 4.3.2 仿真分析
• 4.4 本章算法比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 有限反馈协作系统的干扰抑制与性能增强技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 基于码本的有限反馈线性预编码
• 5.2.1 基于码本的有限反馈预编码设计思想
• 5.2.2 码本设计准则
• 5.2.3 码本选择准则
• 5.3 基于码本的最大化信漏噪比及软频率复用的比例公平调度算法
• 5.3.1 算法思想
• 5.3.2 仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢