MIMO系统无线资源分配算法研究

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由于MIMO系统使用了多个发送天线和接收天线来传输无线信号,使系统容量有较大提高,近年来得到了广泛的研究,出现了预编码技术、MIMO-OFDM技术、分布式MIMO系统等。这也对无现资源管理带来新的挑战。本文从以下几个方面,研究了MIMO系统中的无线资源分配算法: ①研究了离散速率集中的线性预编码问题。传统的预编码研究所建立的模型中,认为用户速率是连续的。而在实际系统中,由于调制编码方式的限制,每个用户往往只能取有限个离散的传输速率。本文基于实际系统中的离散速率集建立优化问题的数学模型,并给出离散迫零预编码方案和一种基于相似对角化的预编码方案。仿真结果显示,在离散速率集上,本文所提算法较传统算法有明显性能提升,基于相似对角化的预编码方案性能亦优于迫零方案。 ②研究了下行MIMO-OFDM系统中资源分配问题。传统OFDMA系统中,每个载波只允许一个用户独占。在每个子载波上引入SDMA,允许不同用户共享子载波,可以提高系统容量。本文将下行问题分解为用户分组和比特加载两个子问题,分别建立数学模型,并提出一种基于贪婪思想的用户分组算法和一种基于改进注水算法的功率分配比特加载算法。仿真结果显示,所提算法有明显的性能增益。 ③研究了上行MIMO-OFDM系统资源分配问题。上行链路中,由于每个用户都有独立的功率约束,较之下行链路问题更加复杂。本文利用KKT条件对问题进行分析,并提出一种低复杂度的次优算法,该算法分为用户选择和功率分配两步。载波选择算法在功率平均分配的假设下对每个子载波进行用户选择;功率分配算法考虑同一载波上其它用户的干扰在用户的不同载波上进行注水功率分配。仿真结果表明,本文所提算法获得的系统容量较之传统OFDMA系统资源分配算法有较大幅度的提高,子载波分配算法适应了上行链路的特点,有扰信道注水功率分配优于固定功率分配算法。 ④分布式MIMO系统中存在单天线功率约束,其中预编码问题与传统总功率约束存在不同。本文研究单天线功率约束下迫零预编码问题,给出一种低复杂度的次优算法。仿真结果显示,该算法在保证性能前提下,复杂度降低很多。本文还对分布式MIMO系统中用户选择算法进行了研究,提出两种用户选择算法,并对其算法复杂度和性能进行了仿真比较。 最后对全文进行了总结。
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