虚拟MIMO系统用户配对算法研究

论文摘要

随着移动互联网和多媒体业务等多发展,世界范围内无线通信系统的容量需求迅速增长。然而,由于目前可利用的时／频资源已十分有限,如何在有限的资源上实现更高效的数据传输速率始终是数字无线通信系统领域中最活跃的研究课题之一科学研究成果已经证实：利用多输入多输出（MIMO, Multiple Input Multiple Output）技术通过空间复用能够显著的提高通信系统的容量,并可以很好的缓解时／频资源日益紧张的现状。因此,该技术在LTE标准中被列为必选项,并在下行链路上得以使用。同时,与之相对应的用于上行链路的虚拟MIMO （Virtual MIMO）系统也得到了广泛的关注。其中,针对Virtual MIMO系统中的关键技术--用户配对机制,国内外的研究人员更是进行了大量研究工作,并提出了许多新的算法或改进。Virtual MIMO技术是指通过特定的选择算法将符合标准的用户分成一组,利用相同的时／频资源来传输数据的技术。由于组内的用户同时通过各自的天线发送数据也就在上行方向上构成了类似于传统MIMO技术中的多天线发射阵列。但在具体的实现上,各终端用户仍然采用单天线配置,仅是通过特定的调度算法实现了采用相同无线资源的联合发送。由于该技术可以在没有增加用户终端设备的成本和发射功率的情况下,在上行传输方向构成类似于MIMO的传输系统。因此,对于提高无线资源的利用率、改善上行链路传输容量具有积极的作用。本论文本就是以Virtual MIMO系统中的用户配对算法为研究对象。在国内外研究现状的基础上,针对具体算法的特点与系统性能,通过理论分析与仿真相结合的方法,重点进行了如下的研究工作：1.结合LTE系统的性能要求与MIMO系统的具体技术特点,对Virtual MIMO系统的原理与各项技术进行了学习；2.在国内外研究成果基础上,重点对Virtual MIMO系统中的四种用户配对算法进行了分析与研究；3.自主搭建仿真平台,通过仿真的方法对采用四种算法的系统平均信道容量进行了比较与分析；4.结合仿真结果中发现的OPS算法性能较差的问题,针对性的提出了两种改进方案。通过以上研究工作,本论文除了对四种算法的性能进行了分析之外,主要对OPS算法存在的问题提出了两种改进方案,并进一步验证了改进算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、意义及目的
• 1.2 移动通信技术的发展概述
• 1.3 LTE关键技术
• 1.3.1 OFDM技术
• 1.3.2 MIMO技术
• 1.4 主要工作与研究内容
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 MIMO与VIRTUAL MIMO系统
• 2.1 MIMO系统模型
• 2.2 MIMO系统特点
• 2.2.1 阵增益
• 2.2.2.分集增益
• 2.2.3 空间复用增益
• 2.2.4 干扰消除
• 2.3 MIMO系统信道容量
• 2.3.1 SISO的信道容量
• 2.3.2 SIMO的信道容量
• 2.3.3 MIMO的信道容量
• 2.3.4 信道容量仿真
• 2.4 MIMO系统关键技术
• 2.4.1 V-BLAST调制技术
• 2.4.2 ZF（迫零）检测算法
• 2.4.3 MMSE（最小均方误差）检测算法
• 2.5 VIRTUAL MIMO技术
• 2.6 小结
• 第三章 用户配对算法原理
• 3.1 VIRTUAL MIMO系统容量
• 3.2 VIRTUAL MIMO的四种配对算法
• 3.2.1 随机用户配对调度算法（RPS）
• 3.2.2 正交用户配对调度算法（OPS）
• 3.2.3 行列式用户配对调度算法（DPS）
• 3.2.4 基于SINR的用户配对调度算法（SINR-PS）
• 3.3 小结
• 第四章 用户配对算法比较分析
• 4.1 系统仿真基本原理
• 4.2 物理层仿真传输方案
• 4.3 链路仿真关键技术
• 4.3.1 编译码模块
• 4.3.2 调制与解调
• 4.3.3 V-BLAST编码
• 4.3.4 检测模块
• 4.3.5 信道模块
• 4.4 仿真参数
• 4.4.1 系统级仿真基本参数
• 4.4.2 预设仿真参数
• 4.5 仿真结果与分析
• 4.6 小结
• 第五章 OPS算法改进与验证
• 5.1 OPS算法性能
• 5.2 OPS算法的改进方案
• 5.2.1 OPS改进配对算法1（OPS-improved 1）
• 5.2.2 OPS改进配对算法2（OPS-improved 2）
• 5.3 改进算法仿真分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文