LTE系统非再生MIMO中继应用技术研究

摘要

在不增加无线通信系统带宽的条件下，MIMO技术能显著提高系统空间容量，改善频带利用率，已经成为支撑宽带无线通信的一项基本技术手段。MIMO中继是以宽带、高效、全移动和全业务为特征的下一代宽带无线通信网的一种有效的增强通信技术。空时预编码技术是实现MIMO中继技术性能增益的具体手段和途径。论文着重讨论了适用于非再生MIMO中继预编码技术的两种设计方案：中继预编码设计方案(OR)和信源中继联合预编码设计方案(JSR)。
　　论文首先讨论了一种基于最大化信干噪比MSINR准则的非再生MIMO中继系统中继预编码设计方案，优化设计目标函数是信源-中继-信宿链路的等效MIMO信道的信干噪比几何积。论文分析表明，基于MSINR准则的最佳中继预编码矩阵将MIMO中继信道对角化为若干个并行SISO子信道，信干噪比几何积的相关优化问题可以转换为不同子信道间的功率分配问题。仿真结果表明，相比于已有的MMI非再生MIMO中继预编码方案和MA MMSE非再生MIMO中继预编码方案，MSINR非再生MIMO中继预编码方案能够有效平衡MIMO中继通信系统对可靠性能和系统遍历容量的要求。
　　在此基础上，论文比较分析了OR设计方案和JSR设计方案对非再生MIMO中继系统性能的影响。论文的仿真分析表明，JSR设计方案因信源中继预编码的联合优化而能实现更优的系统遍历容量。当信源符号等于发送天线时，OR设计方案实现更简单，传输可靠，更适用于移动通信系统上行链路；当信源符号小于发送天线时，JSR设计方案因信源预编码能更有效利用信道带宽以保障系统可靠性能。关于非再生MIMO中继系统的预编码技术，现有研究大都假设不存在信源.信宿直达链路，本文分析了信源-信宿直达链路存在条件下中继预编码优化设计方案，并给出了预编码性能上界和性能下界。通过相关分析，论文讨论信源，信宿直达链路对预编码方案及其性能的影响。
　　中继已经成为LTE系统的关键新技术，论文基于TD-LTE规范以及非再生MIMO中继预编码的技术特征，研究了JSR设计方案应用到TD-LTE中继下行链路通信系统中的可行性，仿真结果表明：基于MA_MMSE准则的信源中继联合预编码可以有效保障TD-LTE中继下行链路可靠性能，基于MMI准则的信源中继联合预编码可以有效改善TD-LTE中继下行链路系统容量，而MSINR准则下信源中继联合预编码可以实现可靠性能和系统容量的有效折中；三类预编码方案所能实现的预编码性能都在很大程度上依赖于信道估计的准确性。