多用户MIMO系统下行链路中用户选择技术研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dawancha2010
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无线通信的快速发展,使人们的工作、生活和学习等许多领域都发生了重大的变化。但是随着通信业务和服务用户数的不断增长,资源的有限性成为无线通信领域技术革新的一大挑战。因此,多输入多输出(MIMO)无线通信技术由于其潜在的高容量、成倍增加的分集增益以及有效的干扰抑制能力,备受人们关注,成为下一代无线通信系统的重要研究领域。MIMO技术能够充分利用空间资源,在不增加系统带宽和天线总发射功率的情况下,有效对抗无线信道衰落的影响,大大提高系统信道容量和服务性能。在无线局域网和蜂窝网中,MIMO系统通常是一个基站同时和多个用户进行数据的收发,所以多用户MIMO系统的研究引起了广泛的注意。多用户MIMO系统在不需要附加时隙和频谱资源的前提下同时与多个用户进行通信,可以更加有效地利用空分多址,相比单用户系统能够达到更高的信道容量,但是能够同时服务的用户数严格受发射天线及接收天线数的限制。所以在实际系统中,发射端需要采取有效的算法机制选择合适的用户子集进行通信服务。另外,为了保证一定的容量性能或者为了满足用户的信号一干扰噪声比(SINR)和公平性等服务质量(QoS)需求,需要对用户的资源接入进行管理(称之为调度)。以上研究大部分都是假设基站可以获得完全的信道状态信息(CSI),但是这在实际系统中是不可能实现的。所以近几年的研究热点逐渐转向更为实际的系统模型的研究,即在基站只有部分信道状态信息的情况下,多用户MIMO系统性能的研究以及如何有效的进行用户间干扰的消除和用户选择等。本论文分别研究了完全信道状态信息和部分状态信道信息情况下的多用户MIMO系统中的用户选择方案,提出了相应的解决办法。概括的讲,本文的研究内容主要有:(1)假设基站可以获得完全的CSI,依照多用户MIMO系统容量公式推导出一个上界作为优化的目标函数。提出一种用户选择算法,并提出两个自适应准则用于自适应调整当前选择的用户数。算法在不同信噪比条件下既能保持较低的复杂度又能获得较好的系统性能。在此基础上结合比例公平调度算法,保证整个系统对所有用户服务的公平性,在保持一定用户速率的同时使得信道状态一直比较差的用户也能得到服务机会。(2)假设基站不能获得完全的CSI,提出了一种用户端的天线反馈方案,将多用户MIMO系统转化为多用户多输入单输出(MISO)系统。在等效系统模型中,使用容量准则和信道相关准则选择有效的用户子集。基于容量准则的算法在算法复杂度和反馈需要的比特值均相等的情况下性能提高明显,基于信道相关准则的算法性能虽不如前者,但是算法复杂度大大降低。两种不同的算法可以满足不同实际系统的设计要求。
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