下一代无线局域网中MU-MIMO关键技术研究

• 作 者: 韩盼盼
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 下行MU-MIMO 预编码 有限反馈 自适应反馈周期 SVD

随着用户数量及其业务需求的不断增长,现有无线局域网(WLAN)已经无法满足人们的需求。为了提高WLAN单位覆盖面积的吞吐量,改善用户体验,WLAN研究组提出了一种新的适应多种室内外密集用户场景的IEEE 802.11ax标准。下行多用户MIMO(MU-MIMO)技术作为其中的关键技术,能够有效提升WLAN的频谱效率。实现该技术的关键是利用有限的信道状态信息(CSI)设计出合适的预编码矩阵来消除用户间的干扰,因此CSI的精确性和实时性会极大影响MU-MIMO的性能。实际工程实现中,CSI的反馈开销随着信道估计的频率以及参与MU-MIMO的用户数的增加而变大,这严重影响着系统的有效速率。因此,如何快速有效地反馈CSI,成为系统实现的关键。针对上述问题,本文主要做了如下研究:首先,本文探讨了MIMO系统模型以及MIMO无线信道的时间相干特性和信道相干带宽。对下行MU-MIMO常用的几种线性预编码技术进行仿真,结合仿真结果对比分析了这几种预编码技术的性能。为了降低平台的实现复杂度,提高平台的可扩展性,本文选用基于奇异值分解(SVD)的预编码。其次,在下一代WLAN密集部署场景下,下行MU-MIMO系统中的CSI反馈会占用大量的信道资源。但如果减少了CSI反馈量,CSI的误差会导致系统性能下降,如何在保证系统性能的前提下减少CSI反馈量是本文需要解决的问题。为此,本文提出了一种反馈周期自适应调整算法,利用无线信道的时间相关特性,通过信道预测技术以及接入点(AP)和站点(STA)的联合处理,实时地调整反馈周期大小,仿真结果验证了本算法的有效性。同时,结合WLAN中具体的协议过程,根据无线信道的频域和时域特性,本文研究了影响CSI反馈开销的几种因素,包括子载波分组的大小、量化比特数、反馈时延等,从理论上分析了这几种因素分别对系统性能的影响,并构建实际的链路仿真系统,验证了理论分析的结果。最后,本文设计了基于压缩反馈的SVD分解预编码技术的平台实现方案。为了满足实时性处理要求,提高SVD分解算法的计算速度,本文提出了一种并行的双边Jacobi旋转算法,并在硬件平台上实现。平台实验结果表明该算法能够快速地实现SVD分解。同时,本文设计和实现了一种波束成形矩阵的压缩与解压缩流水线结构方案,并在硬平台上测试了其消耗的时间资源和硬件资源。