MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇算法研究.pdf

1、天線選擇技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種非常有效的低成本低復(fù)雜度的多天線分集技術(shù)，具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值，在無線通信領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用。論文針對(duì)MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇技術(shù)進(jìn)行研究。在研究了天線選擇基本算法的基礎(chǔ)上，著重對(duì)空間復(fù)用和閉環(huán)發(fā)射分集系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇技術(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究。對(duì)于空間復(fù)用系統(tǒng)，考慮在使用具體接收檢測算法的條件下如何設(shè)計(jì)天線選擇算法。對(duì)于閉環(huán)空間復(fù)用系統(tǒng)，研究有效的傳輸模式來減輕反饋信息量。在閉環(huán)發(fā)

2、射分集系統(tǒng)中，分析最大率傳輸模式下發(fā)射天線選擇的接收性能，并以此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)射天線數(shù)量。同時(shí)將該研究方法引入到等增益?zhèn)鬏斈Ｊ较掳l(fā)射天線選擇技術(shù)中，獲得了一系列的研究成果。論文的主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面： (1)研究了空間復(fù)用系統(tǒng)中使用低復(fù)雜度接收機(jī)時(shí)的發(fā)射天線選擇問題。低復(fù)雜度接收機(jī)分離并行復(fù)用數(shù)據(jù)流時(shí)，其性能取決于子數(shù)據(jù)流最小后檢測信噪比。線性接收機(jī)是最簡單的空間復(fù)用接收機(jī)，但其分離出的子數(shù)據(jù)流最小后檢測信噪比可能非常

3、小。為了提高子數(shù)據(jù)流最小后檢測信噪比，本文使用BLAST接收機(jī)，它通過干擾抵消來提高子數(shù)據(jù)流后檢測信噪比。提出了基于BLAST接收機(jī)的發(fā)射天線選擇算法，它選擇子數(shù)據(jù)流最小后檢測信噪比最大的天線子集。仿真結(jié)果顯示提出的算法在接收誤碼性能和信道容量上都優(yōu)于基于線性接收機(jī)的發(fā)射天線選擇算法； (2)研究了閉環(huán)空間復(fù)用系統(tǒng)中發(fā)射天線選擇問題。在這個(gè)系統(tǒng)中，如果發(fā)射機(jī)端未知信道狀態(tài)信息或發(fā)射信號(hào)總功率很高時(shí)，等功率傳輸獲得的信道容量是最優(yōu)

4、的。在低發(fā)射信號(hào)總功率時(shí)，如果發(fā)射機(jī)端已知信道狀態(tài)信息，那么結(jié)合注水功率分配算法的擴(kuò)展最大率傳輸獲得的信道容量最大，但這時(shí)需要的反饋信息量非常大。為了減少反饋信息，提出了一種基于部分最大率傳輸?shù)陌l(fā)射天線選擇算法，以及相應(yīng)的發(fā)射天線功率分配算法。對(duì)于兩個(gè)射頻鏈路情況，證明了提出的方法只需要一半的反饋信息就可以獲得擴(kuò)展最大率傳輸所達(dá)到的最大系統(tǒng)信道容量。仿真結(jié)果顯示與擴(kuò)展最大率傳輸相比，該算法減少了系統(tǒng)在低發(fā)射信號(hào)總功率時(shí)的反饋信息量，并且

5、提高了系統(tǒng)在高發(fā)射信號(hào)總功率時(shí)的信道容量； (3)研究了混合發(fā)射天線選擇的最大率傳輸系統(tǒng)(TAS-MRT)。為了減少系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，提出了TAS-MRT系統(tǒng)中以平均接收信噪比為性能指標(biāo)的最少發(fā)射天線數(shù)的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，提出了基于平均接收誤比特率的最少發(fā)射天線數(shù)的計(jì)算方法。這些算法可以增加最少的發(fā)射天線來彌補(bǔ)射頻鏈路數(shù)減少帶來的性能損失。為了減少反饋信息量，研究了TAS-MRT系統(tǒng)中發(fā)射波束形成矢量的量化方法，提出了L

6、loyd矢量量化算法和Grassmannian子空間包裝(GSP)算法。仿真結(jié)果顯示，與MRT系統(tǒng)相比，TAS-MRT系統(tǒng)受發(fā)射波束形成矢量量化的影響較小。TAS-MRT系統(tǒng)使用Lloyd算法的誤比特率性能優(yōu)于GSP算法，這是因?yàn)長loyd算法是根據(jù)發(fā)射波束形成矢量特性設(shè)計(jì)的； (4)研究了混合發(fā)射天線選擇的等增益?zhèn)鬏斚到y(tǒng)(TAS-EGT)。為了減少系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，提出了TAS-EGT系統(tǒng)以平均接收信噪比為性能指標(biāo)的最少發(fā)射

7、天線數(shù)的計(jì)算方法。該算法可以增加最少的發(fā)射天線來彌補(bǔ)射頻鏈路數(shù)減少帶來的性能損失。由于該系統(tǒng)的性能并非完全與射頻鏈路數(shù)成正比，提出了基于平均接收信噪比的最優(yōu)射頻鏈路數(shù)的計(jì)算方法。這個(gè)算法尋找使系統(tǒng)性能最大的射頻鏈路數(shù)。提出了TAS-EGT系統(tǒng)在兩個(gè)射頻鏈路情況下(TAS-EGT2系統(tǒng))的基于平均接收誤比特率的最少發(fā)射天線數(shù)計(jì)算方法。研究了TAS-EGT系統(tǒng)中發(fā)射波束形成矢量的量化算法，提出了基于相位扇區(qū)化的發(fā)射波束形成矢量量化算法。該算