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《北京邮电大学》 2011年
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多用户分布式网络MIMO技术的研究

林辉  
【摘要】:无线通信技术不断发展,在3G之后,ITU要求下一代移动通信系统的峰值频谱效率高于15bps/Hz,实现超过1Gbps的空中接口通信速率。为了实现这样的目标,使用多天线(MIMO)技术进行空间复用是一项非常重要的手段。但是在实际的蜂窝网络中,一些客观因素限制了MIMO技术的应用,例如:移动终端的体积和成本限制了单个终端上能够实现的多天线数目,蜂窝网络复杂的干扰环境影响了MIMO技术所能够获得的性能增益等。作为克服这些限制条件的一种有效方法,无线网络的结构设计与MIMO技术相结合是一个新的方向,本文对多用户分布式协同通信的网络MIMO技术进行研究。 在本文中,首先对网络MIMO技术的发展进行综述然后对网络MIMO所涉及的多用户信道容量基础理论进行研究,并对协同通信的技术特点和系统设计的几个关键问题进行分析。论文针对4GTD-LTE-Advanced系统特性,对多站点协同通信具体技术方案进行研究,提出了协作集合的构建方法,协同信号的发送处理方法,不同协同程度的技术方案以及多用户MIMO的实现方案。通过链路和系统级的仿真分析,验证了所提出的技术方案的可行性。 本文的主要贡献包括以下三个方面: 1.对分布式多站点协同通信技术进行了系统分析。本文针对分布式 MIMO新型网络结构,研究了抑制小区间干扰的方法,包括以用户为中心自适应的构建服务站点集合以及随着用户的移动进行服务站点集合的更新切换,通过定性和定量相结合的方法,分析了该技术方案能够有效的改善小区边缘用户受到的小区间干扰。论文分析了分布式多天线系统的功率效率,以及MIMO性能增益与链路工作点信噪比和多天线信号维度之间的关系。另外,论文研究了站点间的实际通信能力对能够实现的协同程度的影响,提出了包括快速站点选择和站点间协调调度两种在站点间通信能力受限的情况下的技术方案,通过分析验证了该技术方案在通信受限的场景下可以获得各自所对应的多站点协同性能增益。 2.研究了分布式多站点协作集合的构建方法。首先,提出了固定的协作集合和可变的协作集合两种类型下共4种不同的集合构建方法。在构建协作集合的基础上,提出了协同无线信号的发送方法,针对所提出的集合构建和信号发送的技术方案进行了理论分析和仿真验证,针对不同的构建方法,给出了用户平均吞吐量和小区边缘用户吞吐量系统性能的改善情况。 3.研究了具有不同协作程度的分布式MIMO技术方案。首先,针对实际情况中站点间通信能力的限制,设计了适用于不同协作程度的3种技术方案,包括①引入多用户空间复用后形成的单小区/多用户的方案,②引入小区间通信后相互间协调调度的协作通信方案,③当小区间具有很强的通信能力时采用多站点联合的信号处理方案。针对所提出的技术方案,采用系统级仿真的方法进行了性能的评估和分析。验证了所设计的方案可以适用于站点间具有各种不同通信能力的情况,能够有效提升用户平均吞吐量和小区边缘用户吞吐量。
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