多用戶MIMO上行關鍵技術研究.pdf

1、在無線通信鏈路的收發(fā)兩端布置多根天線可構成多入多出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)無線通信系統(tǒng)，其可在不增加系統(tǒng)帶寬和天線發(fā)射功率的前提下，有效地抑制信道的多徑衰落、提高數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)容量。因此，MIMO已經(jīng)成為下一代移動通信物理層的核心無線傳輸技術。 目前，關于點對點單用戶MIMO系統(tǒng)信號處理與空時編碼理論與方法的研究成果已日趨豐富。但是，在實際無線通信系統(tǒng)中，需要解決的關鍵問題是多

2、用戶通信容量與質(zhì)量的提升，比如蜂窩移動通信系統(tǒng)中一個基站同多個移動臺進行通信的情形，或無線局域網(wǎng)(Wireless LocalArea Networks，WLAN)、無線城域網(wǎng)(Wireless Metropolitan Area Networks，WMAN)中多用戶設備與無線接入點之間的通信情形。MIMO相關理論與技術在多用戶無線通信場景的應用還需要解決從系統(tǒng)容量到鏈路傳輸，從空時編碼方法到媒質(zhì)接入?yún)f(xié)議等多方面的問題。這些問題較單用戶

3、MIMO系統(tǒng)更為復雜。本文主要對多用戶MIMO上行鏈路的空時/頻編碼方法、隨機接入?yún)f(xié)議、信號檢測技術進行了深入的研究。 本文的第一章概述了多用戶MIMO的研究現(xiàn)狀，介紹了全文的主要內(nèi)容和背景知識。 本文的第二章主要研究了上行多用戶MIMO中的多用戶聯(lián)合空時/頻編碼的設計方法，分析和仿真了其系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)的空時/頻碼主要是針對單用戶系統(tǒng)而設計，若應用至多用戶MIMO系統(tǒng)中，則會導致性能的損失。本章研究了MIMO-OFDM系

4、統(tǒng)中的一種基于信號空間分集技術的多用戶空頻編碼準則，詳細討論了其性能，并將其推廣至多用戶MIMO-SC-FDE(SC-FDE：Single-CarrierFrequency Domain Equalization，單載波頻域均衡)系統(tǒng)中，提出了一種新的多用戶MIMO-SC-FDE系統(tǒng)模型。仿真結果顯示，這種類型的多用戶MIMO-SC-FDE系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的多用戶MIMO-SC-FDE系統(tǒng)能獲得更低的誤碼率，從而可以提高物理層的可靠性。

5、 隨著多用戶MIMO技術在無線通信物理層技術框架中的發(fā)展，對相應的媒質(zhì)接入?yún)f(xié)議也提出了挑戰(zhàn)。因此，本文的第三章先研究了適合上行多用戶MIMO的一種高吞吐量隨機接入?yún)f(xié)議，可用于基于空時碼的二發(fā)二收多用戶MIMO系統(tǒng)。然后，在第二章研究多用戶聯(lián)合空頻編碼和單用戶空頻編碼的基礎上，提出了一種新的二發(fā)二收多用戶MIMO空頻ALOHA隨機接入?yún)f(xié)議，并將該協(xié)議延伸至用戶配對和基站有任意根接收天線時的情形，提出了另外兩種拓展的多用戶MIMO空頻A

6、LOHA隨機接入?yún)f(xié)議。仿真結果和理論分析均表明，這三種空頻ALOHA隨機接入?yún)f(xié)議均能獲得比較高的吞吐量，從而可以提高系統(tǒng)的有效性。 多用戶MIMO技術對接收機算法也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文的第四章首先針對貝爾實驗室垂直分層空時(Vertical-Bell Lab Layered Space-Time，V-BLAST)系統(tǒng)研究了相應的信號檢測技術，并將V-BLAST系統(tǒng)與多用戶MIMO系統(tǒng)進行對照，考慮上行多用戶MIMO中的兩種具體

7、情況，即每用戶單根發(fā)射天線與每用戶兩根發(fā)射天線，進一步設計了上行多用戶MIMO的接收機。最后對多用戶MIMO的接收機性能進行了計算機仿真研究。仿真結果顯示，基于球形譯碼(SphereDecoding；SD)的多用戶檢測器可獲得最優(yōu)的檢測效果，最小均方誤差干擾抵消(Minimize Mean Square Error Succesive Interference Cancellation，MMSE-SIC)多用戶檢測器和迫零干擾抵消(Ze