波束多用户MIMO分布式波束成形算法学位

摘要：随着无线通信技术的不断进展,人们对频谱利用效率的要求也在不断提升,这推动了新型无线传输技术的探讨和运用。波束成形技术就是一种能有效地抑制干扰,提升无线通信系统容量或者误码性能的传输技术。目前,波束成形技术已经作为IEEE802.16e标准的一部分,同时也被LTE-Advanced标准所采取。波束成形技术实际上可以看成是一种基于多天线的空间滤波技术,通过在收发两端设计信号的发射和接收矩阵,达到抑制干扰、提升期望信号功率增益的目的。多用户MIMO系统中波束成形的设计不仅需要考虑将期望信号的主瓣方向对准期望用户,同时还需要尽可能避开期望信号对其他用户造成干扰。由此,波束成形的设计需要综合考虑发射矩阵、接收矩阵的设计以及不同用户、同一用户不同数据流之间的功率分配这三个方面,三者相互联系,互相制约。在多用户MIMO系统中,波束成形的设计往往要求不同发射端之间大量精确的信道状态信息交互,这在实际利用中很难实现,而且开销也很大；其次,在利用MIMO系统的复用增益发射多个数据流时,往往会忽略不同数据流之间的干扰,这会带来系统性能的降低；最后,如何设计高效的功率分配算法,在保证各个用户怎么写作质量(Quapty of Service, QoS)需求的情况下,最小总的发射功率、提升功率效率也是一个很值得探讨的不足。本论文针对多用户MIMO系统中波束成形设计所有着的上面陈述的不足展开了如下的探讨工作：第一章介绍了本论文的探讨作用,浅析了现有多用户MIMO波束成形技术的探讨近况,给出了多用户MIMO波束成形设计需要解决的不足的数学模型。第二章提出了一种基于空间距离的迭代干扰对齐算法,推导出了收发波束成形矩阵的闭式解,证明了该迭代算法的收敛性,浅析了该算法的性能和计算复杂度,并对其做了相应的仿真验证。第三章结合实际的运用场景,基于TD-LTE标准中基站和中继站可以获得的有限的有用信息,提出了一种用于提升蜂窝中继网络回程容量的分布式波束成形算法,评估了该算法的传输性能和计算复杂度,为该算法在TD-LTE系统中的运用提供一定的参考依据。第四章探讨了在用户QoS约束下单流功率分配的可行性,求解出多用户单流功率分配的可行性条件,给出了相应的功率分配案例,并与传统的平均功率分配做比较浅析。第五章对全文进行了总结,并提出下一步的探讨工作。关键词：多用户MIMO论文波束成形论文分布式论文干扰对齐论文功率分配论文

摘要4-6

Abstract6-16

第一章 绪论16-24

1.1 本论文的探讨作用16-17

1.2 多用户MIMO系统波束成形技术的探讨近况17-20

1.3 多用户MIMO系统中信号的传输模型20-22

1.4 多用户MIMO系统波束成形设计的数学模型22

1.5 本论文的主要工作以及革新点22-24

第二章 基于空间距离的迭代干扰对齐24-44

2.1 引言24

2.2 波束成形设计思想描述24-26

2.2.1 空间距离的定义24-25

2.2.2 最大和空间距离25-26

2.2.3 α因子的物理作用26

2.3 波束成形设计26-28

2.4 迭代干扰对齐28-31

2.4.1 干扰对齐的互易性28-29

2.4.2 迭代历程的描述29-30

2.4.3 迭代收敛性证明30-31

2.5 基于空间距离的迭代干扰对齐算法的性能浅析31-42

2.5.2 算法的收敛速度31-32

2.5.3 用户的平均速率32-38

2.5.4 不同算法的比较38-42

2.6 用户到数据流的推广42-43

2.7 结论43-44

第三章 蜂窝中继网络回程链路收发联合干扰消除44-60

3.1 引言44-45

3.2 收发联合干扰抑制的波束成形算法45-50

3.2.1 基站/中继站有效信息的获取45

3.2.2 收发联合干扰抑制的基本思想45-46

3.2.3 收发联合干扰抑制下行传输案例46-49

3.2.4 收发联合干扰抑制上行传输案例49-50

3.3 算法的迭代历程描述50-51

3.4 算法的复杂度浅析51-52

3.5 收发联合干扰抑制波束成形算法的性能浅析52-59

3.5.2 算法的收敛性52-54

3.5.3 系统的和速率54-59

3.6 结论59-60

第四章 QoS约束下功率效率优先的多用户功率分配60-70

4.1 引言60-61

4.2 QoS约束下多用户功率分配的可行性浅析与案例设计61-64

4.2.1 多用户单流发射时功率分配的可行性浅析61-63

4.2.2 多用户单流发射时功率分配案例的设计63-64

4.2.3 多用户单流发射平均功率分配的可行性浅析64

4.3 多用户单流发射时功率分配案例的性能浅析64-68

4.3.2 多用户干扰完全消除情况下的性能浅析65-67

4.3.3 多用户干扰不完全消除情况下的性能浅析67-68

4.4 结论68-70

第五章 全文总结70-72

5.1 本论文贡献70-71

5.2 未来探讨方向71-72

致谢72-73