多用户多天线系统空时分组码联合波束形成技术研究

论文摘要

随着人们对先进无线通信技术业务需求的不断提高,尚未普及的3G移动通信系统显然已经无法满足用户要求。因此,越来越多的人开始将注意力集中到对下一代更先进的B3G(Beyond 3G)或4G移动通信技术的研究上。从技术角度,更高的数据传输速率、更大的系统容量和更好的通信质量是新一代移动通信技术所要突破的关键。以智能天线、MIMO为代表的多天线技术是目前公认的实现上述目标的最佳选择。波束形成技术源于智能天线、增强期望、抑制用户干扰是其典型的技术优势,也是SDMA(Space Division Multiple Access)能够得以实现的基础。而STBC (Space Time Block Code,空时分组码)则是实现MIMO分集的重要手段,长于对抗信道的多径衰落。从发展的趋势上看,两者的有效联合将可以充分发挥多天线的优势,进而实现系统性能的大幅提升。现有的联合方案多集中在点对点情况,而对适用于多用户系统的联合方案还少有提及。首先对空时分组码和波束形成技术的基本原理进行了系统分析,重点介绍了正交空时分组码和发射波束形成,为后续研究两者的联合方案提供了充分的理论依据。对波束形成的概念进行了扩展,既包括了应用于智能天线系统的传统波束形成,也包括了MIMO无线系统中广义的波束形成。空时信道模型是研究多天线技术的必要工具。基于现有模型的不足,提出了一种基于几何结构的混合路径空时无线信道统计模型。模型中将双散射多径与单散射多径一并作为空时无线信道响应的主要组成部分,并充分考虑到离移动台远近不同的散射体对信号传输的影响程度差异,在模型中对不同的区域使用不同的散射体分布密度。通过这两点改进,新模型更贴近实际的空时无线信道,利用计算机仿真软件对城区空时无线信道进行了重建,并与原有仿真模型和实测数据结果进行比较,新模型比原有模型更能反映实际信道特征。另外,仿真实验结果也显示,新模型对参数设置的鲁棒性也要强于原有模型。针对智能天线系统,提出了一种基于复合加权的多用户下行链路空时分组码联合波束形成方案。该方案的主要特点是在单一智能天线发射阵列上,通过复合加权,同时实现对系统内其它用户的干扰抑制和对期望用户的满发射分集。方案的关键是对复合加权向量的确定。本文从理论上证明了复合加

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 多天线空间分集技术
• 1.3 智能天线技术
• 1.4 MIMO 无线通信技术
• 1.5 本文相关内容的国内外研究现状
• 1.5.1 多天线空时无线信道模型
• 1.5.2 基于智能天线系统的空时分组码联合波束形成技术
• 1.5.3 多用户MIMO 系统空时分组码联合波束形成技术
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 正交空时分组码与发射波束形成
• 2.1 正交空时分组码
• 2.1.1 正交空时分组码的结构
• 2.1.2 正交空时分组码的译码
• 2.1.3 正交空时分组码系统性能分析
• 2.2 发射波束形成
• 2.2.1 智能天线系统的发射波束形成
• 2.2.2 MIMO 系统的发射波束形成
• 2.2.3 发射波束形成系统性能分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于几何结构的混合路径多天线空时无线信道统计模型
• 3.1 多天线系统空时无线信道模型的基本概念
• 3.1.1 空时信道模型的描述
• 3.1.2 空时信道模型区别于经典信道模型的信道参数
• 3.2 基于几何结构的混和路径空时无线信道统计模型
• 3.2.1 混合路径模型的提出
• 3.2.2 混合路径模型的结构
• 3.2.3 混合路径模型统计参数确定
• 3.3 统计参数分析
• 3.4 仿真实验
• 3.4.1 仿真实验的假设条件
• 3.4.2 仿真实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 智能天线阵列基于复合权的多用户STBC 联合波束形成技术
• 4.1 点对点空时分组码联合波束形成技术
• 4.1.1 基于特征分解的STBC 联合波束形成方案
• 4.1.2 性能分析
• 4.2 智能天线阵列的多用户STBC 联合波束形成方案
• 4.2.1 多用户STBC 联合波束形成方案系统结构
• 4.2.2 卷积复合权算法
• 4.2.3 卷积复合权算法在用户多接收天线条件下的应用
• 4.3 零陷展宽的发射波束形成技术
• 4.3.1 导数约束法的基本思想
• 4.3.2 宽零陷发射波束形成算法
• 4.3.3 性能分析
• 4.4 多用户智能天线阵列STBC-BF 性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 多用户MIMO 系统迭代ZF-SO 及联合STBC 的波束形成算法
• 5.1 多用户MIMO 系统迫零波束形成算法
• 5.1.1 SDM-SDMA 下行传输系统模型
• 5.1.2 迫零波束形成算法
• 5.2 和容量准则下的迭代ZF-SO 波束形成算法
• 5.2.1 基本ZF-SO 算法
• 5.2.2 迭代ZF-SO 算法
• 5.2.3 迭代ZF-SO 波束形成算法的合理性及收敛性分析
• 5.2.4 仿真分析
• 5.3 改进的多用户MIMO 系统STBC-BF 方案
• 5.3.1 改进多用户MIMO 系统STBC-BF 方案的提出
• 5.3.2 改进的多用户MIMO 系统 STBC-BF 方案
• 5.3.3 改进方案的性能分析
• 5.3.4 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历