MIMO系统中的分集-复用合并与机会同相成形技术研究

摘要

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指的是在发射机和接收机分别配置多根天线并同时进行数据收发处理的无线传输技术。由于它具有较高的频谱效率和较强的抗衰落能力，因此它被普遍认为是下一代无线通信系统的关键技术之一。本文对MIMO技术的研究分为三个部分，第一部分针对点对点的MIMO系统，后两个部分针对点对多点的MIMO系统。 首先，我们提出了一种空间分集一复用合并的系统结构和相应的发射、接收处理算法。利用反馈的检测排序信息，发射天线被动态地分为两组；质量较好的一组按照V-BLAST结构进行高速数据传输；质量较差的一组实施空时编码，以有效地对抗信道衰落。与V-BLAST相比，该系统通过抑制串行干扰抵消检测器的误差传播效应来改善系统的误码率性能，同时并不降低频谱效率；而且，它可以用在发射天线数大于接收天线数的系统中。它没有增加接收机的计算复杂度，反馈复杂度约为2～4比特。 其次，我们研究了多用户下单波束发射的机会同相成形系统(opportunisticcophasing system，ocs)。与同时改变波束成形矢量的幅度和相位的机会波束成形系统(opportunistic beamforming system，OBS)不同，它的同相成形矢量的幅度固定，而仅仅随机改变其相位；因此，它可以显著降低对发射端功率放大器动态范围的要求并提高其效率。我们的研究结果表明，单波束OCS系统可以获得与单波束OBS系统相同的吞吐量；分别推导了它在Rayleigh和Rician衰落下系统吞吐量的解析表达式和渐进表达式；并证明当用户数量趋于无穷大时，它的吞吐量与在收发双方都确知全部信道状态信息的单发射天线高斯广播信道的吞吐量完全相同；而且，我们证明，当用户以某个固定概率获得其峰值数据传输速率的一个恒定的百分比的时候，所需的用户数量随着发射天线数量的线性增长而指数增长。 最后，我们设计了一个多波束发射的OCS系统。利用旋转矩阵理论构造出针对M个用户的机会同相成形矩阵；并利用极端顺序统计量的分布理论推导出基于最大接收SINR调度策略的系统吞吐量上、下界的渐进表达式。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表索引，缩略词对照表

论文原创性声明

第1章概述

1.1通信技术发展简史

1.2第四代无线通信技术的发展趋势

1.3 MIMO技术发展概述

1.4 MIMO技术中的研究热点

1.5本文的研究重点与章节安排

第2章MIMO技术基础

2.1信道模型

2.2 Alamouti空-时编码技术

2.3 V-BLAST空间复用技术

2.4多用户分集与PFS多用户调度算法

2.5小结

第3章基于动态天线分组的分集-复用合并技术

3.1系统模型

3.2算法设计

3.3性能分析与仿真结果

3.4小结

第4章单波束发射的机会同相成形系统

4.1系统模型与多用户调度策略

4.2系统吞吐量分析

4.3天线数量与用户数量之间的关系

4.4仿真结果

4.5小结

第5章多波束发射的机会同相成形系统

5.1系统模型与多用户调度策略

5.2机会同相成形矩阵的设计

5.3渐进系统吞吐量分析

5.4仿真结果

5.5小结

结束语

附录

参考文献

攻读博士期间发表(含已投稿)的论文

致谢