MIMO-OFDM下行链路自适应传输方法研究

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为满足未来移动通信系统对更高数据传输速率的需求,3GPP的长期演进项目(LTE)及其进一步演进LTE-Advanced改进并增强了3G的空中接口技术,在下行链路引入正交频分复用(OFDM)和多输入多输出(MIMO)技术,能够有效对抗频率选择性衰落并显著提高系统的频谱效率。在实际传播环境中,往往存在一些非理想因素,这些因素直接导致了开环传输系统性能的下降,因此,研究自适应于信道环境变化的闭环传输具有重要意义。本论文针对MIMO-OFDM下行链路自适应传输方法展开研究。   首先研究LTE下行链路自适应传输方法。LTE在闭环空分复用模式下通过用户反馈参数秩指示(RI)、预编码矩阵指示(PMI)和信道质量指示(CQI)实现自适应传输。为降低用户联合搜索三个参数的复杂度,将搜索过程分两步完成:第一步以最大化MMSE和速率为目标,选择最优的PMI和RI;第二步在此基础上利用指数等效信噪比映射(EESM)方法、以误码字率(CWER)不超过0.1同时最大化系统吞吐量为目标,选择最优的CQI。仿真表明,该自适应传输方法能够在保证CWER的同时显著提高系统的频谱效率,相比开环传输具有明显的性能增益。   接着本文研究高阶MIMO系统中的自适应传输方法,提出了一种级联的发送预编码方案,该方案由基于信道统计特征模式的长时预编码和基于LTE码本的短时预编码构成,可同时自适应于长时和短时信道状态的变化,解决了LTE码本无法适用于高阶MIMO系统的问题。仿真表明,所提的方案能够获得与LTE-Advanced双码本自适应传输方法相近的频谱效率和误码字率性能。另外,针对LTE-Advanced下行链路的双码本结构,提出了一种低复杂度的码本搜索方法,该方法首先根据用户信道的主特征方向在内码本中搜索与之相匹配的矩阵,在此基础上进一步根据短时信道信息在外码本中搜索最优矩阵,最终的预编码矩阵由二者相乘得到。仿真表明,该方法能够使码本搜索的复杂度降低一个数量级而不损失频谱效率性能。   最后本文研究多用户系统中的自适应传输方法,提出了一种自适应的传输模式切换方法,传输模式包括基于瞬时信道状态信息(ICSI)的单用户和多用户传输模式、基于统计信道状态信息(SCSI)的单用户和多用户传输模式,该方法利用用户信道的空间相关度、信噪比和ICSI不确定度与相关阈值进行比较决定当前信道下的最优传输模式,并根据最优传输模式决定对用户采用基于PMI的迫零(ZF)预编码传输或基于统计特征模式的空分多址传输。仿真表明,传输模式切换方法总是可以切换至当前信道状态下的最优传输模式,最大化系统的可达速率。
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