MIMO系统中多小区间干扰抑制技术研究

摘要

多输入多输出(Multiple-Input Multiple Output, MIMO)技术能够利用多径效应,在不需要增加频谱资源以及发送功率的情况下能大幅度提高系统信道容量,从而提高频谱效率。MIMO技术正是具有这一优势,从而成为新一代无线通信系统的关键技术之一。然而,当MIMO技术运用于多小区系统时,由于各小区的频谱复用因子为1,所以处在小区边缘的用户就会因为远离本小区基站而受到严重的相邻小区同频干扰,以至于边缘用户无法正常通信。小区间的同频干扰严重地影响了整个系统的性能,系统成为一个干扰受限的系统。因此,抑制小区间的同频干扰成为多小区MIMO系统十分重要的问题。
　　本文首先论述了MIMO技术的研究背景、意义、国内外研究现状并介绍了MIMO系统的基本概念。接着讨论了无线通信系统的信道模型,并阐述了单用户MIMO系统、单小区多用户MIMO系统以及多小区MIMO系统的信道模型,并给出了各系统信道模型下的接收信号表达式。利用MIMO技术能够大幅度提高系统的频谱利用率,因此本文也对MIMO系统的信道容量做了较详细的讨论,分析了不同系统信道的容量并对系统信道容量做了仿真比较。在讨论MIMO系统中多小区间干扰抑制时,本文首先介绍了单用户MIMO系统多种检测技术以及单小区多用户MIMO系统基于发送端预编码技术,并对它们的性能做了仿真对比。然后过渡到多小区MIMO系统,对多小区MIMO系统干扰抑制的传统方法做了研究,并对单小区模式下以及多小区联合处理模式下的多区间干扰抑制方法做了对比,分析了二者的优劣所在。由于单小区模式下系统的误码率性能较差,而多小区联合处理模式系统复杂度较高,所以这两种方法都不是很好的多小区干扰抑制方案。
　　文章重点研究了一种主动式干扰抑制方法,该方法是从干扰生成的角度考虑,将本基站产生的干扰进行主动抑制,当所有小区都采用主动式干扰抑制方法时,整个系统性能得到最佳。与单小区模式相比,主动式干扰抑制方法能够大大提高系统的误码率性能,与传统的多小区联合迫零模式相比,主动式干扰抑制方法具有较低的系统复杂度,且保持了系统的误码率性能。主动式干扰抑制方法有两种实现方案,一种是将干扰信道矩阵的所有子空间进行迫零来消除基站产生的干扰,称为主动式迫零预编码;另一种是将干扰信道矩阵最大奇异值所对应的子信道进行迫零,称之为最大特征干扰子信道预编码,与主动式迫零预编码相比,其提高了基站发送信息的天线自由度。如果不增加所要发送的有效信息数据流的数目,则基站发送天线数目大大减少。