多用戶MIMO上行關(guān)鍵技術(shù)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(gòu)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(dòng)通信物理層的核心無線傳輸技術(shù)。 目前，關(guān)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單用戶MIMO系統(tǒng)信號(hào)處理與空時(shí)編碼理論與方法的研究成果已日趨豐富。但是，在實(shí)際無線通信系統(tǒng)中，需要解決的關(guān)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(dòng)通信系統(tǒng)中一個(gè)基站同多個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)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(shè)備與無線接入點(diǎn)之間的通信情形。MIMO相關(guān)理論與技術(shù)在多用戶無線通信場(chǎng)景的應(yīng)用還需要解決從系統(tǒng)容量到鏈路傳輸，從空時(shí)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(fù)雜。本文主要對(duì)多用戶MIMO上行鏈路的空時(shí)/頻編碼方法、隨機(jī)接入?yún)f(xié)議、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)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(shí)。 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(shí)/頻編碼的設(shè)計(jì)方法，分析和仿真了其系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)的空時(shí)/頻碼主要是針對(duì)單用戶系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，若應(yīng)用至多用戶MIMO系統(tǒng)中，則會(huì)導(dǎo)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(hào)空間分集技術(shù)的多用戶空頻編碼準(zhǔn)則，詳細(xì)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(jié)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(shù)在無線通信物理層技術(shù)框架中的發(fā)展，對(duì)相應(yīng)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(jī)接入?yún)f(xié)議，可用于基于空時(shí)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(chǔ)上，提出了一種新的二發(fā)二收多用戶MIMO空頻ALOHA隨機(jī)接入?yún)f(xié)議，并將該協(xié)議延伸至用戶配對(duì)和基站有任意根接收天線時(shí)的情形，提出了另外兩種拓展的多用戶MIMO空頻A

6、LOHA隨機(jī)接入?yún)f(xié)議。仿真結(jié)果和理論分析均表明，這三種空頻ALOHA隨機(jī)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(shù)對(duì)接收機(jī)算法也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文的第四章首先針對(duì)貝爾實(shí)驗(yàn)室垂直分層空時(shí)(Vertical-Bell Lab Layered Space-Time，V-BLAST)系統(tǒng)研究了相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，并將V-BLAST系統(tǒng)與多用戶MIMO系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)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(jìn)一步設(shè)計(jì)了上行多用戶MIMO的接收機(jī)。最后對(duì)多用戶MIMO的接收機(jī)性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真研究。仿真結(jié)果顯示，基于球形譯碼(SphereDecoding；SD)的多用戶檢測(cè)器可獲得最優(yōu)的檢測(cè)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(cè)器和迫零干擾抵消(Ze