LTE-Advanced系统中下行多用户MIMO研究

摘要

随着移动通信的快速发展，用户对多媒体等高速率数据传输业务有了更高的要求。当今频谱资源紧缺，如何更有效的利用有限的频谱资源是下一代移动通信亟待解决的问题。3GPP LTE/LTE-Advanced作为高速率、低延迟的第4代移动通信的重要代表，通过利用 OFDM和 MIMO技术期待解决这一问题。在LTE-Advanced系统中不仅仅是单用户 MIMO，还引入了多协作用户的虚拟MIMO(Multi-user MIMO)技术。本文针对LTE-Advanced下行链路系统的MIMO技术做了细致的研究。
　　单用户MIMO技术包括：发射分集、空间复用和 Beamforming。发射分集通过发送信号多个副本，提高系统传输可靠性。空间复用将数据复用在多根天线上同时发送，提高了系统吞吐量和频谱利用率。Beamforming技术定向发送数据，对用户尤其是小区边缘用户的性能提高作用明显。本文对三种技术的接收检测算法也做了相应研究。
　　MU-MIMO的最大问题是协作用户之间的多用户干扰。本文针对消除多用户干扰和优化各协作用户信号强度研究了多种预编码算法，包括迫零、MMSE、BD/BD+SVD和MET算法。预编码通常需要发送端知道一定信道状态信息，针对TDD与FDD双工模式反馈信道信息方案的区别，分别用了基于信道状态信息、基于长期信道相关矩阵和基于码本序号的反馈算法。
　　为了验证提到的 MIMO预编码算法，搭建了基于 LTE物理层协议标准的MATLAB仿真平台。仿真结果很好的验证了理论分析的正确性。本文提到的算法从实现的复杂度和性能的角度，都具有很强的工程价值。

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第一章 绪论

1.1 无线蜂窝通信系统的发展和演进

1.2 LTE/LTE-Advanced的标准演进

1.2.1 Release 8 LTE基本原理

1.2.2 Release 9

1.2.3 LTE Release 10和IMT-Advanced

1.3 本文主要研究内容及其安排

第二章 LTE-Advanced系统下行SU-MIMO实现方案

2.1 下行共享信道处理流程

2.2 发射分集方案

2.2.1 两端口的发射分集

2.2.2 四端口的发射分集

2.2.3 发射分集接收方案

2.3 空间复用方案

2.3.1 闭环空间复用

2.3.2 开环空间复用

2.3.3 空间复用接收方案

2.4 Beamforming方案

2.5 下行参考信号设计

2.5.1 小区专属参考信号(CRS)

2.5.2 下行解调参考信号(DM-RS)

2.5.3 信道状态信息参考信号(CSI-RS)

2.6 本章小结

第三章 MU-MIMO预编码算法研究

3.1 TDD与FDD多用户MIMO对比

3.2 TDD LTE/LTE-A系统的预编码算法研究

3.2.1 迫零算法

3.2.2 MMSE算法

3.2.3 BD算法

3.2.4 BD+SVD算法

3.2.5 MET算法

3.3 FDD LTE/LTE-A系统的预编码算法研究

3.3.1 基于长期信道相关矩阵反馈算法

3.3.2 基于码本反馈算法

3.4 简化的SVD分解算法

3.5 信道长期相关矩阵压缩反馈方案

3.6 本章小结

第四章 LTE/LTE-Advanced下行MIMO仿真性能与分析

4.1 单用户MIMO性能分析

4.1.1 发射分集方案性能

4.1.2 空间复用与Beamforming方案性能

4.2 多用户MIMO性能分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的研究成果