多用戶MIMO預(yù)編碼及小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的研究

多用戶MIMO預(yù)編碼及小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)的研究隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展以及百姓生活水平的顯著提高,人們對移動(dòng)通信的需求越來越大,要求更高的傳輸速率、穩(wěn)定的通信質(zhì)量和方便的用戶接入,并且滿足多種業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的需要。但是,無線頻譜資源是有限的,為滿足寬帶傳輸?shù)男枨蟊仨毺岣哳l譜資源的利用率。在LTE及LTE-A無線通信系統(tǒng)中,不僅一個(gè)蜂窩小區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶可以使用相同的頻率資源進(jìn)行通信,相鄰小區(qū)的也可以使用相同的頻率資源以提高整個(gè)系統(tǒng)的頻譜利用率。為了抵消或減少由此產(chǎn)生的小區(qū)內(nèi)以及相鄰小區(qū)間的多用戶干擾,需要對多用戶的多輸入多輸出(MIMO)的預(yù)編碼技術(shù)及小區(qū)間干擾抑制技術(shù)進(jìn)行深入的理論分析與算法開發(fā)的研究,這也是近年來國內(nèi)外無線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。多用戶MIMO預(yù)編碼研究主要分成兩大類,一是塊對角化(BD)的預(yù)編碼方案,另一類是基于信漏噪比(SLNR)的預(yù)編碼技術(shù)方案。BD方案能夠完全抵消多用戶間的同信道干擾,使多用戶MIMO信道變成多個(gè)單用戶的MIMO信道,但是其性能受到信道噪聲的影響較大。相對于BD的預(yù)編碼方案,基于SLNR的預(yù)編碼方案不存在噪聲增強(qiáng)的作用,同時(shí)對天線數(shù)目沒有嚴(yán)格的限制。本文的一個(gè)研究重點(diǎn)就是多用戶的MIMO預(yù)編碼技術(shù)中基于SLNR的預(yù)編碼方案。首先,本文把臟紙編碼(DPC)的思想應(yīng)用到基于SLNR的多用戶MIMO預(yù)編碼的設(shè)計(jì)上,提出了一種基于連續(xù)信漏噪比(SSLNR)的多用戶MIMO預(yù)編碼方案。DPC的基本思想是當(dāng)干擾在發(fā)送端是已知的時(shí)候,可以通過一定的方法消除其影響。在基于SSLNR的多用戶預(yù)編碼方案中,利用DPC的思想,對別的用戶已知的泄漏,可以在發(fā)送端疊加一個(gè)信號(hào)將其抵消,因此計(jì)算SLNR時(shí),暫時(shí)忽略可以抵消的泄漏,只考慮對其他用戶未知的泄漏,最大化SLNR,求出預(yù)編碼矩陣。然后,對等效的信道矩陣?yán)肨omlinson-Harashima預(yù)編碼(THP)方法,抵消前面計(jì)算SLNR時(shí)忽略的泄漏。該方案相對于傳統(tǒng)的基于信漏噪比的多用戶MIMO預(yù)編碼方案,在中高信噪比條件下,誤比特率性能得到了提升,同時(shí)該方法也繼承了基于信漏噪比的預(yù)編碼方案的優(yōu)點(diǎn)即對發(fā)送天線數(shù)目沒有限制。其次,為了進(jìn)一步提升基于SSLNR的預(yù)編碼方案的性能,本文提出了基于各天線連續(xù)信漏噪比(PA-SSLNR)和基于幾何平均值分解的信漏噪比(SSLNR-GMD)兩種預(yù)編碼方案?；赟SLNR的預(yù)編碼方案和原始的SLNR預(yù)編碼方案一樣,每個(gè)用戶的多個(gè)數(shù)據(jù)流之間存在著增益差。如果不采用自適應(yīng)調(diào)制編碼方式,系統(tǒng)的誤比特率性能將由最差的子信道決定,從而出現(xiàn)較大的系統(tǒng)性能損失。針對該問題,我們提出兩種改進(jìn)方案:a)在每根接收天線上而不是每個(gè)接收機(jī)上做SSLNR運(yùn)算,降低每個(gè)用戶的多個(gè)數(shù)據(jù)流之間的增益差;b)把GMD應(yīng)用在SSLNR的預(yù)編碼方案中,使得每個(gè)用戶的多個(gè)數(shù)據(jù)流完全等增益。同時(shí)通過對天線或者用戶的排序,進(jìn)一步提升用戶間的公平性,從而提升系統(tǒng)的誤碼率性能。同時(shí),本文在考慮非理想的信道狀態(tài)信息(CSI)的條件下,對提出的基于SSLNR預(yù)編碼算法及其改進(jìn)算法,進(jìn)行了魯棒性設(shè)計(jì)。使在非理想CSI條件下,魯棒性算法的BER性能與非魯棒性算法相比有了一定的提升。最后,本文研究了小區(qū)間干擾抑制問題,提出了更軟的軟頻率重用(SerFR)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方案。小區(qū)間干擾抑制技術(shù)通過對小區(qū)間的頻率、時(shí)間、功率、空間、碼等資源的管理控制,從而達(dá)到抑制小區(qū)間干擾的目的。軟頻率重用(SFR)是一種常用的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù),它能夠提高小區(qū)邊界用戶的性能,但由于邊界用戶只能使用高功率的頻段,會(huì)有多用戶分集和頻率選擇性調(diào)度增益的損失,對整個(gè)系統(tǒng)容量具有較大的不利影響。針對此問題,本文提出了更軟的軟頻率重用(SerFR)方案,使得小區(qū)的邊界和內(nèi)部