基于部分信道信息反馈的自适应多用户多入多出(MIMO)系统

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为适应未来发展的需要,未来移动通信系统要求能够支持每秒数百兆甚至千兆比特的高速分组数据传输。在无线资源日益紧张的情况下,采用多天线发送和多天线接收的MIMO无线传输技术,能够充分挖掘利用空间资源,最大限度地提高频谱利用率和功率效率。对于采用自适应发射技术的多用户MIMO而言,信道状态信息的反馈必不可少。然而,在实际系统中,发射端往往难以得到理想的信道状态信息。因此,利用部分信道状态信息的自适应MIMO技术的研究具有重要的实际意义。 本论文主要研究基于部分信道信息反馈的自适应多用户MIMO系统。首先,我们研究了在非均匀慢衰落信道中利用信道特征方向的机会调度算法。为了保证调度的公平性,同时提高单随机波束成形系统在用户数较少情况下的吞吐量,提出了以弦距离为准则的随机波束选择方案。为了减小系统反馈量,进一步考虑了弦距离的量化反馈,并且得到了采用不同反馈方案的系统吞吐量的闭式解。研究结果表明:通过合理地设计反馈门限,1比特的弦距离量化反馈不仅减小了系统反馈量,而且只使系统遭受轻微的容量损失。 随后我们针对反馈速率受限的随机波束选择系统,设计接收信噪比的量化码本。码本中的码字对应发射端的发射模式(包括发射功率,编码速率及调制方式)。我们对量化门限及发射模式进行联合优化,使系统在满足功率约束及误码要求的条件下,达到最大传输速率。为了得到最优的发射模式和量化门限,提出一种嵌套迭代算法求解所提出的优化问题。最后,结合第一章提出的基于弦距离的量化反馈,我们研究了在慢衰落信道中的反馈方案及量化码本的设计。 在前面的内容中,我们假设速率受限,但无误差,无时延的理想反馈。在实际系统中,反馈时延难以避免。因此,我们进一步考虑了速率受限的反馈信道的时延问题,并在接收端采用最小化均方误差的信道预测器对抗传输时延。接收端利用预测的信道信息决定未来某时刻它所对应的发射模式,并将该发射模式的序号反馈回发射端。研究了在利用信道预测的情况下,多用户天线选择系统,多用户空分复用系统及双模多用户系统的平均吞吐量,同时,分析了信道预测误差对这三种系统误码性能的影响。根据分析及仿真结果,可以得到这三种系统所要求的预测精度。 前面所述内容考虑的是基于时分多址的发射方式。而基于空分多址的发射方式能在同一个时频资源块内同时调度多个用户,从而获得比TDMA更高的吞吐量。PU2RC方案是一类采用正交波束成形的空分多址方案。我们将自适应QAM调制技术运用到PU2RC系统中,其中,信道质量信息(CQI)的量化由系统支持的调制方式决定。我们研究了当系统所能支持的最大流个数为Nt(发射天线的个数)时,系统的平均吞吐量和平均误码率。研究结果表明在小信噪比区域或发射天线个数较多时,系统应该降低所能支持的最大流个数以换取更高的传输速率。最后,我们分析了反馈时延对基于有限反馈的PU2RC系统误码性能的影响。
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