TD-LTE系统下行多用户波束赋形技术

论文摘要

3GPP长期演进（LTE）计划是通用移动通信系统（UMTS）的演进方向,由于物理层采用了多入多出天线（MIMO）和正交频分复用（OFDM）等革命性的技术,链路层采用频域调度（FDPS）,混合自动请求重传（HARQ）等链路自适应技术,频谱效率得到了极大提高。波束赋形作为一种下行传输模式,在消除小区间干扰与提高小区边缘用户性能方面发挥了巨大作用。LTE Release 9中的单用户双流波束赋形是Release 8中单流波束赋形的直接演进技术,能够进一步增大系统吞吐量。基于空分多址（SDMA）的多用户波束赋形利用用户间的不同信道特性取得多用户分集增益。不同用户拥有相同的时频资源,通过有效的多用户调度来消除用户间的干扰。本文首先阐述了LTE系统物理层关键技术,引出论文的研究背景与内容,然后具体讲述了链路自适应技术、波束赋形技术及其标准化过程,从理论角度为TD-LTE下行关键技术做了详细分析。接着文章讨论了TD-LTE系统仿真平台的设计,特别是无线资源管理模块中调度器框架的设计,为下文仿真做好铺垫。论文然后讲述了仿真流程、参数选择及性能评估指标等问题,仿真评估了单用户双流波束赋形技术的性能增益,提出了两种不同双流波束赋形实现方案,并且分析比较了不同信道质量反馈周期下两者之间的性能差异。论文最后详细说明了波束赋形加权向量的建模过程,分别画出天线方向图中波束宽度跟天线元素个数、角度扩展及方向角的关系曲线。文章继而提出一种基于Geometry的配对算法,仿真实现在多用户波束赋形技术中,并改进考虑配对算法后的调度框架,分别评估多用户相对于单用户波束赋形与1x2最大比合并传输的增益,最后分析比较了三种配对算法（基于Geometry配对,随机配对,最大化角度配对）的性能优劣,仿真结果表明随机和最大角度的多用户波束赋形性能相似,基于Geometry准则的平均吞吐量能够带来20%的性能增益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 LTE系统概述
• 1.1.1 LTE的产生背景
• 1.1.2 LTE物理层关键技术
• 1.1.3 TD-LTE系统特点
• 1.2 研究背景
• 1.3 研究内容与意义
• 1.4 论文的主要内容与结构
• 第二章 TD-LTE下行链路自适应与波束赋形技术
• 2.1 链路自适应技术
• 2.1.1 自适应调制编码方式
• 2.1.2 时频调度
• 2.1.3 混合自动等待重传
• 2.2 波束赋形技术
• 2.2.1 波束赋形原理
• 2.2.2 单流波束赋形
• 2.2.3 双流波束赋形
• 2.2.4 下行参考信号
• 2.2.5 波束赋形与预编码
• 2.2.6 两种双工模式下的波束赋形
• 第三章 TD-LTE系统仿真平台介绍
• 3.1 链路到系统的映射
• 3.2 天线方向图
• 3.3 信道
• 3.4 CQI测量与反馈
• 3.5 无线资源管理
• 3.5.1. 外环链路自适应
• 3.5.2. 内环链路自适应
• 3.5.3. 秩自适应
• 3.5.4. 时频调度
• 3.5.5. 混合自动请求重传
• 3.6 干扰建模
• 第四章 多用户波束赋形技术研究
• 4.1 仿真流程与参数选择
• 4.2 性能评估指标
• 4.3 两种单用户双流波束赋形性能比较
• 4.4 多用户波束赋形性能研究
• 4.4.1. 系统模型
• 4.4.2. DoA加权向量计算
• 4.4.3. 配对算法的考虑因素
• 4.4.4. 基于Geometry的配对算法
• 4.4.5. 考虑配对算法后的调度
• 4.4.6. 仿真结果分析
• 第五章 结束语
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文