新一代無線通信系統(tǒng)中的傳輸方案及資源分配研究.pdf

1、近年來，無線移動通信已成為通信領域的研究熱點。當前，已有多項技術被人們看好，很有希望成為未來移動通信系統(tǒng)架構中的關鍵技術。這其中包括能有效克服多徑效應，提高系統(tǒng)數據傳輸速率的正交頻分復用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術；以及能顯著提高系統(tǒng)容量或有效改善系統(tǒng)性能的多輸入天線、多輸出天線(MIMO, Multiple Input Multiple Output)技術等。

2、本文在國家“十五”863計劃重大課題“新一代蜂窩移動通信系統(tǒng)無線傳輸鏈路技術研究(2003AA12331005)”和國家自然科學基金重大項目“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應技術研究(60496315)”的資助下，針對惡劣的無線移動通信中，多天線、多用戶環(huán)境以及多業(yè)務服務質量（QoS, Quality of Service）要求下的空間發(fā)送分集技術、MIMO傳輸方案以及自適應資源分配技術等進行了創(chuàng)新研究。 本文首先概述

3、了當前MIMO信道中的空間分集技術，特別是發(fā)送分集技術。接著針對發(fā)送端已知信道狀態(tài)信息時的最大比發(fā)射(MRT，Maximum Ratio Transmitting)技術，提出一種在基站端采用最優(yōu)選擇最大比發(fā)射(OMRT, Optimum -Selection Maximum Ratio Transmitting)的發(fā)送分集技術，從而在滿足性能要求的同時，降低基站的硬件復雜度、功耗等。在此基礎上，我們利用隨機矩陣(Random Matri

4、x)和排序統(tǒng)計(Order Statistics)的理論知識，對該技術進行了性能分析，得到瑞利衰落信道下中斷概率(Outage Probability)、誤碼率(BER, Bit Error Rate)等性能指標的表達式。 其次針對MIMO通信中，由于尺寸大小、功率能量以及生產成本等方面的限制而造成當前大多數手持設備不太可能配置多的天線數（或射頻電路數）這一現實特點，通過收、發(fā)端的聯合設計，提出兩種新的MIMO傳輸方案，從而達到

5、提高系統(tǒng)性能，降低收發(fā)端的硬件復雜度、功耗等目的。首先，我們提出一種在基站按照MRT技術發(fā)射信號，而在移動臺端基于信噪比(SNR, Signal-to-Noise Ratio)最大的原則僅選擇一根接收天線來接收、處理信號的傳輸方案(即MRT/RAS, Maximum Ratio Transmitting/ Receiver Antenna Selection Combining)。接著，我們又提出在基站采用選擇發(fā)射聯合移動臺端采用最少選

6、擇最大比合并接收的傳輸方案(即TAS/MMRC, Transmitting Antenna Selection /Receiver Minimum-Selection Maximum Ratio Combining)。分析和仿真結果均表明MRT/RAS方案可以取得很好的陣列增益(Array Gain)及滿分集增益(Full Diversity Gain)，在相同頻譜條件下，性能超過某些復雜的空時編碼系統(tǒng)。同樣我們對TAS/MMRC方案也

7、進行了數學分析。這些結論既表明我們所提出的傳輸方案非常滿足當前對MIMO傳輸技術的要求，同時也為它們的實際應用提供了理論指導。 我們還研究了基于特征波束成形傳輸策略的MIMO-OFDM系統(tǒng)中的資源分配問題。首先在保證用戶誤碼率的條件下，以總的發(fā)射功率最小化為目標，提出多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)中的自適應資源分配準則，并對此時的系統(tǒng)性能和取得的多用戶分集(Multiuser Diversity)增益進行了定量分析。在此基礎上，還

8、將考慮用戶的傳輸速率要求，考慮到算法的實用性和復雜度，給出了一種低復雜度的次優(yōu)分配算法，使得在用戶QoS要求得到保證的基礎上系統(tǒng)總的發(fā)射功率最小。此外，我們還研究了相關衰落信道下MIMO-OFDM系統(tǒng)中的自適應資源分配策略。 最后，在不同信噪比條件下，我們討論了使多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)（包括實際應用的V-BLAST(Vertical Bell Laboratory Layered Space-Time)/OFDM系統(tǒng)）的瞬