MIMO下行波束赋形技术研究

论文摘要

未来移动通信系统迫切需要采用更加先进的技术,更好的利用有限功率,提高频谱效率,提高传输速率和系统容量。MIMO技术在支持高速数据传输,提高频谱利用率和功率效率等方面具有其他技术所望尘莫及的优势,成为了未来高速移动通信系统中的重要技术。波束赋形技术是MIMO通信系统下行链路关键传输技术,所以波束赋形技术的优化和性能的提高是本文关心的主要问题。本文根据目前的技术发展,参考国内外最新的专著文献和3GPP-LTE标准,研究了MIMO下行波束赋形技术。从技术的优化与系统实用角度对现有的波束赋形技术进行了深入分析、研究。在单用户条件下的波束赋形问题的研究中,对双向波束赋形MIMO方案进行了研究,分析了角度扩展以及天线阵选择对系统的影响,仿真结果表明波束域MIMO方案可以更好的提高系统性能。接着研究了基于信道相关性信息的波束赋形方案,方案充分利用了信道的相关性信息,为MIMO系统提供信道分集增益。重点研究了MIMO与智能天线结合方案,在详细分析现有方案的基础上,提出了Turbo-BLAST技术与智能天线波束赋形技术相结合的方案。该方案克服了当数据帧的长度较短时,信道估计不够准确的缺点。仿真结果表明,与现有的赋形方案相比,该方案更好的提高了系统性能。在多用户条件下的波束赋形问题的研究中,重点研究了比例公平调度的随机波束赋形方案和迫零波束赋形方案,并提出了改进的准正交迫零波束赋形方案。在多用户随机波束赋形方案中,广播已知的波束码本信息,用户仅需反馈相应波束上的信噪比信息,因此反馈开销非常小。本文研究了在单波束系统随机波束赋形。应用比例公平调度方案,在保证公平的原则下,提高了系统的吞吐量性能。迫零波束赋形方案在基站发送端完全已知信道信息的情况下,能够选出相互正交或者准正交的用户子集,从而能够消除用户间的干扰,实现空分复用。在波束赋形的权向量最优且用户数趋近于极限的情况下,迫零波束赋形方案的和速率是趋向于脏纸编码系统的和速率性能的。改进方案在准正交用户选择算法的基础上增加了对入选用户和速率的控制,实现了在低复杂度条件下系统和速率性能的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 未来移动通信的机会和挑战
• 1.2 MIMO系统的研究进展
• 1.3 MIMO下行波束赋形技术简述
• 1.4 研究内容与创新性
• 1.5 论文组织结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 MIMO下行波束赋形相关技术
• 2.1 MIMO系统模型及容量分析
• 2.2 智能天线
• 2.3 MIMO空时处理技术
• 2.3.1 空时编码技术
• 2.3.2 波束赋形技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 单用户波束赋形方案
• 3.1 单用户MIMO系统模型
• 3.2 基于信道特征值的波束赋形方案
• 3.2.1 信道建模及相关性特征值分布
• 3.2.2 赋形方案
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 智能天线与MIMO结合的波束赋形方案
• 3.3.1 已存在的结合方案
• 3.3.2 Turbo-BLAST与智能天线结合方案
• 3.3.3 信道模型
• 3.3.4 迭代检测
• 3.3.5 仿真结果
• 3.4 双向波束赋形MIMO方案
• 3.4.1 双向波束赋形MIMO模型
• 3.4.2 空时无线信道模型
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 多用户波束赋形方案
• 4.1 多用户MIMO系统模型
• 4.2 DPC编码
• 4.3 多用户分集
• 4.4 迫零波束赋形方案
• 4.4.1 迫零波束赋形模型
• 4.4.2 改进的用户选择算法
• 4.4.3 仿真结果
• 4.5 随机波束赋形方案
• 4.5.1 多用户随机波束赋形系统模型
• 4.5.2 多用户调度
• 4.5.3 仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 英文缩略语
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢