超高速无线局域网中上行多用户MIMO关键技术研究

摘要

移动互联网和移动通信技术的飞速发展带来了各种各样不同的数据业务，为了有更好的用户体验，人们对无线数据高速率传输的需求日益增大。而无线局域网(WLAN)作为一个可支持高速率传输的通信网络非常符合人们对高速数据传输的需求，在现有的WLAN标准中已经应用了点对点多输入多输出(MIMO)技术和下行多用户MIMO技术，该技术大大提高了WLAN系统的吞吐量和频谱资源利用率。而实际中WLAN的用户端大多仅能配置单根天线，从而在上行单用户传输中并不能利用MIMO技术提高系统的吞吐量，因此在WLAN系统中研究上行多用户传输的虚拟MIMO技术很有必要，该技术可以进一步提高WLAN系统的上行传输速率。
　　首先介绍了上行多用户MIMO传输的系统模型和三种多用户线性检测技术，为后续研究奠定了基础，在理想情况下基于最小均方误差的串行干扰消除(MMSE-SIC)接收机可以达到理论的容量值。
　　其次研究了分布式WLAN系统IEEE802.11标准中多用户MIMO技术的实现。重点介绍了一种适用于分布式WLAN系统的基于竞争的上行多用户接入机制，然后在此基础上提出了一种包含两轮竞争的改进上行多用户接入机制，该机制根据第一轮竞争的用户数和系统总用户数决定第二轮发送的概率，可以在较少的竞争开销下获得系统吞吐量的大幅提升，仿真结果表明本文所提的改进机制相比于单纯基于竞争的机制和传统DCF机制，可以获得更低的碰撞概率和更高的系统吞吐量。
　　再次研究了集中式的增强型超高速无线局域网(EUHT)系统中上行多用户MIMO技术的应用。基于EUHT系统集中控制式的特点，只要在资源分配时为几个用户分配相同的资源起始点就可以实现多用户传输，同时设计了上行多用户传输的调度信令。然后，从时间同步、上行信道估计和上行功率控制三个角度分别研究了在实际EUHT系统中应用上行多用户技术所需解决的问题，并在此基础上设计了一种上行信道估计方案和上行功率控制方案。仿真结果表明，本文所设计的方案能有效地进行上行多用户信道估计，功率控制方案可以有效结合开环功率控制和闭环功率控制，且使用闭环功率控制时有更好的性能。仿真结果还表明上行多用户技术可提高EUHT系统的整体吞吐量。
　　最后研究了针对WLAN系统中的MIMO-OFDM上行链路的多载波多用户调度算法。在深入研究经典的单载波用户调度算法的基础上提出了多载波多用户调度算法，然后提出了一种基于多业务需求的改进多载波比例公平性用户调度算法，在计算调度度量值的时候引入了代表业务类型的权重因子。然后对所提出的多载波用户调度算法进行了仿真分析，仿真结果表明基于多载波的用户调度算法能取得较好的和速率性能，且所提出的基于多业务需求的改进多载波比例公平性算法可以在满足各业务QoS的要求下保证用户间的公平性。

目录

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摘要

插图目录

表格目录

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 无线局域网标准的发展

1．3 多用户MIMO-OFDM技术

1．4 上行多用户MIMO技术

1．5 论文主要工作和内容安排

第二章 上行多用户MIMO技术

2．1 引言

2．2 上行多用户MIMO系统模型概述

2．3 上行多用户MIMO系统的理论容量

2．3．1 多用户单发送天线的容量

2．3．2 多用户多发送天线的容量

2．4 多用户检测

2．4．1 迫零检测

2．4．2 最小均方误差检测

2．4．3 基于最小均方误差的串行干扰消除检测

2．5 仿真分析

2．6 本章小结

第三章 分布式WLAN中的上行多用户MIMO技术

3．1 引言

3．2 IEEE 802．11信道接入方式

3．2．1 PCF

3．2．2 DCF

3．3 基于竞争的上行多用户接入机制

3．3．1 机制描述

3．3．2 性能分析

3．3．3 仿真分析

3．4 改进的上行多用户接入机制

3．4．1 机制描述

3．4．2 性能分析

3．4．3 仿真分析

3．5 多用户与单用户性能比较

3．5．1 单用户MIMO吞吐量分析

3．5．2 仿真分析

3．6 本章小结

第四章 超高速无线局域网EUHT中的上行多用户MIMO技术

4．1 引言

4．2 EUHT标准概述

4．2．1 EUHT物理层帧结构及其工作方式

4．2．2 EUHT中的随机信道接入和资源请求方式

4．2．3 小结

4．3 EUHT中的上行多用户MIMO传输

4．3．1 EUHT系统中的上行多用户传输流程

4．3．2 上行多用户传输的信令指示

4．3．3 小结

4．4 上行多用户传输的具体实现

4．4．1 时间同步问题

4．4．2 上行信道估计

4．4．3 上行功率控制

4．5 仿真结果及分析

4．6 本章小结

第五章 WLAN中上行多用户调度算法

5．1 引言

5．2 无线局域网中的信道环境

5．2．1 脉冲响应

5．2．2 路径损失

5．2．3 频率选择性衰落

5．3 WLAN中上行多用户调度

5．3．1 轮询调度算法

5．3．2 贪婪调度算法

5．3．3 半正交化调度算法

5．3．4 小结

5．4 基于业务类型的改进调度算法

5．4．1 无线局域网中的业务及其QoS需求

5．4．2 基于业务类型的改进调度算法

5．5 仿真结果及分析

5．5．1 无大尺度衰落时的调度性能

5．5．2 有大尺度衰落时的调度算法

5．5．3 多种业务下的调度算法

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文的工作总结

6．2 下一步研究方向

致谢

参考文献

硕士期间科研成果