蜂窩網絡MIMO關鍵技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展，無線通信業(yè)務的用戶數成指數增長，這對無線數據流量提出了更高的要求。然而，無線電頻譜資源是很有限的，如何在有限的資源下進一步提高數據流量成為一個亟待解決的問題。多輸入多輸出(MIMO)技術是在這種背景下發(fā)展起來并成為無線通信領域中的研究熱點。MIMO技術可以顯著提高系統的傳輸速率和鏈路的可靠性，具有很大的理論意義及實用價值，已成為下一代無線通信技術提升信道容量的重要途徑之一。MIMO技術可以分為閉環(huán)與開環(huán)MIM

2、O技術。在閉環(huán)MIMO下行鏈路中，反饋信道信息的控制信道帶寬是有限的，這使得MIMO預編碼無法利用完整的信道信息以獲取充分的預編碼增益。因而在有限反饋的前提下，如何獲得較多MIMO預編碼增益就成為一個重要的研究問題。在開環(huán)MIMO下行鏈路中，發(fā)送端雖然無法獲知信道信息，但發(fā)送端同樣能通過開環(huán)MIMO技術以增強信號強度或獲得空間復用增益，所以開環(huán)MIMO傳輸技術也是一個研究熱點。本文圍繞蜂窩網絡閉環(huán)與開環(huán)MIMO兩方面展開研究工作，所取得

3、的主要研究成果如下:
　　 (1)在閉環(huán)MIMO單用戶下行鏈路中，基于預編碼碼本的有限預編碼，本文提出了交替碼本預編碼方案。在不增加額外反饋開銷的條件下，該方案能虛擬地增大碼本，從而減小碼本對信道的量化誤差。所提出的交替碼本預編碼方案比傳統的預編碼方案有著更好的BER性能。在移動速度為1km/h時，4反饋比特的交替碼本BER性能接近傳統預編碼方案在10比特下的性能;在移動速度為3km/h時，4反饋比特的交替碼本方案的BER性能接

4、近傳統預編碼方案在8反饋比特下的性能;當移動速度為15 km/h時，交替碼本相對傳統方案的增益減小，但仍然優(yōu)于4反饋比特的傳統預編碼方案性能。在移動速度為60 km/h時，交替碼本與4反饋比特的傳統預編碼方案性能一樣。
　　 (2)在閉環(huán)MIMO單用戶下行鏈路中，基于差分碼本的有限反饋，本文提出了融合優(yōu)化于不同信道變化速率的交替差分碼本方案。通過交替使用該差分碼本集合，可以虛擬地增加碼本的大小，更為重要的是使得優(yōu)化于不同速率的碼

5、字變得同時可用，從而克服了傳統的差分碼本常常優(yōu)化于某一特定的速率這一缺點。所提方案的理論分析與仿真研究結果表明該方案相比傳統的差分碼本預編碼而言，不僅能在低移動速率時保持傳統差分碼本（優(yōu)化于低速率）的優(yōu)異信道追蹤性能，而且能在中高速率環(huán)境下提升該差分碼本的性能，改善了差分碼本不能快速適應于各種速率的特點，這種方案較好地增強了差分碼本有限反饋的實用性。在低速率時(1 km/h)，交替差分碼本預編碼性能略優(yōu)于優(yōu)化于1km/h的原始差分碼本性

6、能，交替差分碼本在15 km/h時的性能仍然優(yōu)于原始的且分別優(yōu)化于1km/h與30 km/h的差分碼本。當速率達到30 km/h時，交替差分碼本性能優(yōu)于原始的優(yōu)化于1km/h的差分碼本，并且接近于單純優(yōu)化于30 km/h原始差分碼本。
　　 (3)在閉環(huán)多用戶MIMO下行鏈路中，本文將交替碼本思想應用到了多用戶有限反饋預編碼技術中，多用戶MIMO采用了3GPP-LTE標準中基于正交波束成形的SDMA的下行鏈路傳輸方案，并進一步優(yōu)

7、化了算法，在貼近實際的多蜂窩環(huán)境中進行了仿真驗證，證實了該方案現實可行，明顯地提高了系統吞吐量。在速率為1km/h時，4反饋比特的基于交替碼本的多用戶MIMO接近傳統的多用戶MIMO在10反饋比特時的性能，獲得近6比特增益;在速率為3km/h時，4反饋比特的基于交替碼本的多用戶MIMO能優(yōu)于傳統的多用戶MIMO在8反饋比特時的性能，獲得4比特增益。
　　 (4)在開環(huán)MIMO下行鏈路中，針對單頻廣播網絡的傳輸問題，首先分析了制約

8、開環(huán)MIMO空間復用傳輸的客觀條件，給出了解決這一問題的思路與方案，提出了分布式空間復用方案。針對LTE多媒體廣播多播傳輸這一典型開環(huán)MIMO應用實例，首先研究了LTE中標準化的多媒體廣播多播技術，并將同站點MIMO空間復用傳輸技術應用到了LTE MBMS中，同時針對同站點MIMO技術的不足，提出了兩種開環(huán)MIMO傳輸方式，即分布式多數據流傳輸方案:一個是基于規(guī)劃的分布式多數據流傳輸;另一個是隨機選擇的分布式多數據流傳輸。兩種方案均能有