MIMO移动通信系统中功率控制方法的研究

MIMO移动通信系统中功率控制方法的研究

论文摘要

论文研究了多输入多输出(MIMO)移动通信系统中的功率控制方法。功率控制的MIMO系统在接收端计算出对信道自适应变化的发送功率,并反馈到发送端,对发送信号作功率加权处理。 论文首先分析了排序串行干扰抵消检测器(OSICD)的子流误比特率(BER)性能差异,提出一种最小化最大的子流BER准则的天线功率控制(PAPC)的方法。该PAPC方法在保持信息速率和总发送功率恒定时,改善OSICD的最差子流的BER性能以提高平均BER性能。论文在收发信号处理中加入对各天线不等功率的考虑,提出了功率控制的OSICD(P-OSICD)。仿真结果说明,最小均方误差准则(MMSE)的P-OSICD可以在小的功率反馈开销下获得与最大似然检测器(MLD)接近的BER性能,并且,P-MMSE-OSICD的计算复杂度相比MMSE-OSICD的增加不大,比MLD的小。 由于OSICD存在数值稳定性不好的问题,论文还研究了一种数值稳定性更好的MIMO检测器排序判决反馈检测器(SDFD)。为了进一步提高SDFD的BER性能,论文提出一种最小化SDFD的BLER性能的PAPC方法,以提高平均BER性能。该PAPC方法使QR分解后的R矩阵具有等对角线元素的性质,同时也最大化自由距离的下限。通过性能分析,论文证明了该PAPC方法是在反馈量和检测性能之间折衷的方法。论文在收发信号处理中加入对各天线不等功率的考虑,提出了功率控制的SDFD(P-SDFD)。仿真结果说明,在接收天线多于发送天线的MIMO系统中,P-SDFD可以在小的功率反馈开销和低的计算复杂度下获得与MLD相似的BER性能。 在蜂窝MIMO移动通信系统中,同信道(CCI)干扰严重恶化了系统性能,论文提出了一种蜂窝MIMO系统中的集中式功率控制(CPC)方法,能够抑制CCI,提高系统的信号干扰比(SIR)中断性能和BER性能。该方法利用了MIMO不同天线发送的数据独立的特点,只调整每个用户发送端的总功率,在用户发送端的不同天线间均分功率的情况下,得到简化的SIR表达式和信道矩阵表达式,并且证明该信道矩阵归一化后满足非负不可约性,可以通过求解归一化的信道矩阵的特征值和特征向量得到平衡的SIR值和相应的发送功率。SIR平衡使系统中最小SIR值最大化。仿真说明了该CPC方法对平均SIR中断概率和平均BER性能的改善。 CPC方法需要收集所有通信链路的信道信息,系统开销大。因此,论文又提出一种蜂窝MIMO系统中的分布式功率控制(DPC)方法,该方法不需要知道系统中所有信道的信息,仅测量目标信号功率和本地SIR值,通过迭代的方法能够收敛于CPC方法得到的发送功率最优解。论文给出了适用于干扰受限系统的DPC算法1和适用于噪声受限系统的DPC算法2,并描述了算法实现框图。DPC算法1的优化目标是最小化平均SIR中断概率;DPC算法2的优化目标是在满足目标SIR的前提下最小化平均发送功率。仿真说明了DPC方法的迭代收敛性和对性能的改善。 功率控制可以提高系统的误比特率(BER)性能,且反馈量不大,计算复杂度的增加也不大。论文所作的研究和贡献,对MIMO移动通信系统逐步从理论走向实用具有重要参考意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 图表目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 多天线移动通信系统
  • 1.1.1 从单天线到多天线的演进
  • 1.1.2 MIMO主流技术
  • 1.2 移动通信系统的功率控制
  • 1.2.1 蜂窝移动通信系统
  • 1.2.2 集中式功率控制
  • 1.2.3 分布式功率控制
  • 1.3 论文的研究内容
  • 1 单小区MIMO系统的功率控制
  • 2 多小区MIMO系统的功率控制
  • 1.4 论文的总体结构
  • 第2章 系统模型
  • 2.1 单小区 MIMO模型
  • 2.1.1 MIMO通信链路
  • 2.1.2 MIMO收发信号处理
  • 2.2 多小区 MIMO模型
  • 2.3 小结
  • 第3章 基于 OSICD的天线功率控制
  • 3.1 P-OSICD检测方法
  • 3.2 PAPC方法的推导
  • 3.3 数值仿真
  • 3.3.1 仿真参数
  • 3.3.2 无编码 P-OSICO的性能仿真
  • 3.3.3 有编码 P-OSICD的性能仿真
  • 3.4 小结
  • 第4章 基于 SDFD的天线功率控制
  • 4.1 P-SDFD检测方法
  • 4.2 PAPC方法的推导
  • 4.3 性能分析
  • 4.3.1 自由距离
  • 4.3.2 反馈量和检测性能
  • 4.4 数值仿真
  • 4.4.1 仿真参数
  • 4.4.2 无编码P-SDFD的性能仿真
  • 4.4.3 有编码P-SDFD的性能仿真
  • 4.5 小结
  • 第5章 蜂窝 MIMO系统的集中式功率控制
  • 5.1 集中式功率控制方法
  • 5.2 数值仿真
  • 5.3 小结
  • 第6章 蜂窝 MIMO系统的分布式功率控制
  • 6.1 分布式功率控制方法
  • 6.1.1 上行链路
  • 6.1.2 下行链路
  • 6.2 数值仿真
  • 6.3 小结
  • 第7章 结束语
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间的研究成果
  • 攻读博士学位期间参与的项目
  • 致谢
  • 相关论文文献

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