LTE系统中MIMO预编码技术的研究

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多媒体业务和移动互联网技术的飞速发展要求无线通信系统具有更高的传输速率,然而在实际的通信系统中,无线频谱资源通常是有限的,因此在LTE乃至LTE-A通信系统中,所需要解决的关键问题之一就是如何提高系统的频谱利用率。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)技术是一种在收发两端采用多天线进行传输的技术,因其具有额外的空间自由度,能在不增加带宽和发送功率的前提下大幅度地提高无线通信系统的容量、传输效率和可靠性,已成为LTE系统的关键技术之一,而在采用MIMO技术的无线通信系统中,预编码技术是实现其高性能的关键技术之一。MIMO预编码技术可以有效防止误码扩散,大大降低接收端译码的复杂度。因此,如何设计MIMO预编码来提高系统的传输速率和误码率性能成为了目前通信领域的研究热点之一。本文的主要内容是研究LTE系统中的基于码本的MIMO线性预编码技术,对其性能进行仿真分析,并对该预编码方案进行优化。在基于码本的MIMO线性预编码方案中,由于每一个用户都需要计算出当其采用码本集中的每一个码字时产生的信道增益并反馈给基站,系统的上行信道的反馈负荷将是巨大的。所以有限的上行反馈信道资源很有可能会成为采用基于码本的MIMO线性预编码方案的系统的性能的瓶颈,尤其是在基站服务的用户数量很大的时候。为了解决这个问题,本文将提出一种新的采用伪随机预编码向量及在反馈过程中使用角度阈值的预编码方案,在每一个时隙的接入过程中,基站将产生一个伪随机的预编码向量,而用户将计算这个预编码向量与其信道矩阵向量的夹角,只有当这个夹角小于某个预设的角度阈值时,用户才反馈其信道质量指示(Channel Quality Indicator,CQI)。本文的主要工作与贡献如下:1、研究了MIMO系统下线性预编码的方法,并对理想的线性预编码方案以及现行的基于码本的线性预编码方案的性能进行了理论分析和仿真分析。2、提出一种新的采用随机预编码向量及在反馈过程中使用角度阈值的预编码方案,并针对单用户单流、单用户多流以及多用户三种不同的应用场景进行具体地阐释。3、对新方案在单用户单流、单用户多流以及多用户三种不同的应用场景下的性能进行了理论分析,给出了当采用新方案时的系统吞吐量的理论值和上行信道的反馈负荷的理论值。4、对新方案在单用户单流、单用户多流以及多用户三种不同的应用场景下的性能进行了仿真分析,一方面验证了理论推导的结果,另一方面,将新方案的性能同传统的基于码本的线性预编码方案的性能进行对比。对比的结果显示,当基站服务于一定量的用户时,新方案在牺牲少量系统吞吐量的同时可以极大地削减上行信道的反馈负荷。而在上行反馈信道的容量存在一个固定的上限,用户数可以任意多时,新方案可以达到远超于基于码本的线性预编码方案的系统吞吐里。
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