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LTE中MIMO-OFDM系统物理层关键技术研究

李文刚  
【摘要】: 宽带无线通信是信息化社会发展的助推器,它正在改变人们的生活方式,人们将可以在任何时候、任何地点享受数字冲浪、视频点播、时频会议等新的时髦。MIMO系统的信道容量与发射端和接收端的最小天线数成线性关系,这使MIMO技术成为LTE、B3G和未来4G系统中最有前途的技术之一。OFDM技术由于较高的频谱利用率、能有效对抗无线信道多径衰落和易于实现等优点,也成为上述系统的关键技术。本文的研究主要涉及LTE系统物理层关键技术,包括分集技术、功率分配和多用户MIMO中波束赋形问题等。主要研究内容与成果如下: 1.提出一种在小间距天线和没有信道状态信息(CSI)的情况下,通过载波映射得到较好分集增益的算法——小间距天线分集算法(SDA),该算法解决了在小间距天线的空间信道具有很强的相关性的情况下,空频编码(SFBC)通过小间距天线的空间信道将损失分集增益的问题,并且从理论上证明该算法的正确性。该算法主要思路是:通过空域和频域的互相转换,很好地改善了在小间距天线上进行空频编码的系统误码性能。 2.为了改善多输入多输出(MIMO)系统误码性能,同时提高系统吞吐量,提出一种在导频与数据符号之间进行功率分配的算法——PA2算法。该算法利用用户的反馈信息,在发送端对导频和发送信号的功率进行合理分配后发送。相比于传统功率分配算法,不仅降低了复杂度,而且在接收端系统可明显改善系统误码性能和吞吐量。且从理论上给出在PA2算法下功率分配的最佳值。 3.提出一种适于TDD系统的基于向量量化(VQ)码本的波束赋形算法——CBF算法。该算法在基站计算出对于各个用户的最佳波束赋形向量,并通过VQ编码得到其索引号发送给各个用户,各用户利用索引号和码本恢复波束成形向量进行接收,而不必对赋形向量权值进行复杂度的计算。本文通过理论分析,给出了该算法的曲度误差?的下界。该算法非常适合于用户接收端的波束赋形,因为它可以用很低的反馈信息传输代价使数据吞吐率显著提高。 4.为了减少多用户MIMO系统中用户间的相互干扰,增加系统的吞吐量,提出了一种基于用户发送信号最小泄漏(MSL)准则的多用户线性波束赋形算法——基于码本的信号与泄漏和噪声之比最大化(CB-SLNR)算法。基站从码本中选择最合适的码字向量对发送信号赋形,同时通过控制信息向各个用户广播发送所有用户的码字向量索引,使各用户在接收端能采用MMSE检测算法进行消除多址干扰的接收。理论分析和仿真结果表明,该算法能显著改善系统的性能,同时能降低基站和用户端进行波束赋形计算的复杂度。


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