基于门限反馈的机会波束成形算法研究

摘要

随着无线通信的飞速发展，频谱资源变得愈加紧张，多输入多输出(MIMO)被公认为是解决这一问题的有效手段。研究表明，在MIMO多用户系统中，利用多用户分集可以改善系统的吞吐量。机会波束成形技术(RBF)是一种获得多用户分集增益的预编码方案，具有实现复杂度较低、仅需要部分信道状态信息等优点，并且当系统中用户数较多时，所取得的容量与脏纸编码具有相同的渐进标度律。但是，RBF存在一个明显不足，即RBF取得优异性能时需要的用户数较多，并要求所有用户均向基站反馈信息，导致上行链路反馈量太大。
　　本文针对RBF算法中反馈用户数太大的问题，在不同场景下研究通过采用门限反馈策略设计能够有效控制反馈用户数，并取得高系统容量的RBF算法，主要研究内容和贡献如下:
　　1)在波束间存在干扰的单小区异质用户通信场景，提出了一种基于分簇门限反馈的机会波束成形算法。首先，将问题建模为基于反馈用户数约束的和速率最大化优化问题;然后，根据用户信噪比信息对小区内各用户进行分簇处理，并在各簇内利用极值理论工具独立设置反馈门限;最后，在分簇基础上构造出多门限反馈的RBF算法，并分析了所提算法的性能。仿真实验验证了理论分析的正确性，同时表明，该算法与经典RBF算法相比，能够在显著地降低反馈量的同时取得很好的和速率性能。
　　2)研究了存在相邻小区间干扰时的RBF算法。首先，考虑了同质用户场景下多小区RBF算法，通过理论分析，给出了满足反馈约束条件的单门限设置方法，进而提出了多小区RBF算法。仿真实验表明:所提算法能够在明显降低反馈量的同时，几乎不造成和速率损失。其次，通过仿真分析，考察了所提算法在异质用户场景下的性能，结果表明:当用户间信道衰落系数差异性不大时，所提算法仍然有效，但是，随着信道衰落系数差异性的增大，所提算法适用性逐渐变差，直至失效。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 主要研究工作

1．4 论文结构

第2章 多用户MIMO下行广播系统概述

2．1 引言

2．2 多用户MIMO传输系统的系统容量

2．2．1 系统模型

2．2．2 信道容量

2．3 多用户MIMO下行系统的传输策略

2．3．1 基站已知用户完整CSI信息

2．3．2 基站已知用户部分CSI信息

2．4 本章小结

第3章 基于门限反馈的单小区RBF算法

3．1 引言

3．2 系统模型与问题描述

3．3 基于分簇门限反馈的RBF算法

3．3．1 分簇方法

3．3．2 门限设置方法

3．4 性能分析

3．4．1 和速率损失量

3．4．2 多用户分集增益

3．5 仿真实验

3．5．1 检验分簇门限反馈策略

3．5．2 检验和速率损失量

3．5．3 调度公平性

3．5．4 检验多用户分集增益

3．6 本章小结

第4章 基于门限反馈的多小区RBF算法

4．1 引言

4．2 系统模型与问题描述

4．3 基于门限反馈的多小区RBF算法

4．3．1 单门限最优性讨论

4．3．2 门限设置方法

4．3．3 算法实现与性能分析

4．4 仿真与分析

4．4．1 检验定理5

4．4．2 算法性能

4．4．3 新算法在异质用户场景下的性能

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

在读期间发表的学术论文和取得的研究成果