论文部分内容阅读
MIMO是下一代移动通信系统中使用的关键技术，当MIMO技术和其他关键技术进行结合时不仅会带来更多的分集增益，而且还需要考虑其给系统设计带来的问题。在LTE-A载波聚合场景下，成员载波(component carrier)分类的要求造成现有资源调度算法在进行多用户MIMO资源调度时会产生无效用户分组，而不同频段载波带来的频谱异质性(spectrum heterogeneity)又可以给系统带来频率选择性分集(frequency selective diversity)，所以在载波聚合场景下需要重新考虑多用户MIMO资源调度算法。而对于Femtocell的应用，如何很好的解决Femtocell与Macrocell之间的干扰一直以来都是研究的热点，将认知无线电和MIMO结合的感知波束成形在认知无线电系统中很好的解决了主用户和次用户之间的干扰问题，结合Femtocell系统和认知无线电系统之间的类似性，可以将感知波束成形应用到Femtocell中解决干扰问题，但是必须要考虑Femtocell系统本身的特点，找到能够适用于Femtocell的感知波束成形干扰消除解决方案。
本文以载波聚合和Femtocell作为研究背景，研究MIMO系统与这两者结合时的关键问题，提出解决方案。主要研究内容包括频谱聚合场景下多用户MIMO资源调度机制，以及基于感知波束成形的Femtocell干扰消除方案。课题研究受到华为高校科技基金《认知无线电关键技术研究》的资助。
本文首先系统分析频谱聚合场景下由于其具有的特殊性质产生的关键问题，尤其是和资源调度相关的问题如有关LTE-A中的后向兼容性的成员载波分类问题、频谱异质性问题。并对这些问题的研究进展加以总结分析。然后系统分析Femtocell当前研究现状，其干扰问题的解决方式，并对当前研究热点的认知Femtocell进行总结，包括基于认知的干扰消除策略、基于认知的系统优化策略。另外，对MIMO在Femtocell中应用的现有研究进行分析，包括多元天线射频前端设计、基于预编码的干扰消除策略，对认知Femtocell以及MIMO在Femtocell中的应用问题进行总结分析。为了将MIMO与认知无线电结合的感知波束成形应用到Femtocell中，文章也对感知波束成形进行了理论介绍。
在本文的第三章，针对传统PF(proportional fair)调度在载波聚合场景下的多用户MIMO资源调度中不再适用的问题，提出了一种载波聚合场景下多用户MIMO的资源调度机制(RSM-CA)。RSM-CA基于传统PF，但是在计算用户优先级时不是将所有用户的优先级都进行计算而是引入一个选择因子，以保证用户首先获得其主成员载波上的资源，对于分组用户，提出一个标记用户分配过程(UMRA)来保证一个用户分组的两个用户都能够被传输，另外，在不同的载波上让用户分组不同来利用频谱异质性增大系统吞吐量。
在本文的第四章，利用CR和Femtocell系统的相似性，提出将感知波束成形应用到Femtocell中解决下行干扰问题的一种基于非零子空间的认知Femtocell干扰消除机制(NSIA)。同传统感知波束成形利用信号零空间进行信息传输不同的是，本机制利用信号非零子空间进行预编码传输，并将应用场景放到Femtocell中。相比于以往Femtocell干扰消除方案，本机制可以获得更高的频谱利用率、系统吞吐量以及减少信息的交互。