LTE-A无线通信系统中MIMO多用户干扰对齐技术研究

• 作 者: 黄诚
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 干扰对齐 功率分配 有限反馈 双码本量化 比特分配

随着无线通信技术的飞速发展,干扰是制约提高通信质量以及系统容量的关键所在,干扰管理机制成为无线通信领域重点研究的对象。干扰对齐作为一种新兴的处理小区间干扰以及用户间干扰的技术,改变了人们对传统多输入多输出(MIMO,Multiple-Input-Multiple-Output)系统容量的认识而成为无线通信领域内的研究热点之一。干扰对齐技术的基本思想是在基站端利用预编码技术将干扰信号在接收机处对齐在维度尽可能小的空间内,而让期望信号在尽可能多的无干扰的维度内传输,从而能有效地抑制干扰。实现干扰对齐的关键在于预编码技术,因此,研究如何设计干扰对齐的预编码矩阵以及对预编码矩阵的优化有着非常重要的意义。本文从基于迭代法和直接法设计预编码以及有限反馈下干扰对齐这三个方面主要在一般性的MIMO系统模型和LTE(Long Term Evolution,LTE)通信系统中的多径信道模型下展开研究。研究了三种基于迭代法设计预编码矩阵的干扰对齐算法:最小化干扰泄露算法、最大化信干噪比算法以及最小化干扰矩阵秩算法,并对三种算法进行了仿真分析,结果表明在每个用户获得自由度为1时,最大信干噪比算法因为考虑了信号强度能够达到最大的系统和速率,而当每个用户获得自由度为2时,最大信干噪比算法在高信噪比条件下,性能不如最小化干扰矩阵秩算法性能理想。研究了基于直接法设计预编码矩阵的干扰对齐算法,针对对比干扰对齐算法没有合理利用系统总功率的问题,提出了基于功率分配的预编码优化算法,从而最大限度的降低干扰信号对期望信号的影响,从整体上保证接收机接收信号的质量。仿真结果表明,优化算法在速率损失能够容忍的范围内,改进了接收机接收性能,降低了误码率。在实际通信系统中,信道状态信息(Channel State Information,CSI)并不是完全可知的,在非完全CSI的条件下本文研究了有限反馈下的干扰对齐。针对传统有限反馈干扰对齐在对信道矩阵进行量化时采用单码本所带来的高复杂度和码本占用空间大的问题,提出了一种基于双码本信道量化的有限反馈干扰对齐算法。仿真结果表明,在总反馈比特数相同时,本文算法能够实现与原算法相近的系统传输速率,并且所使用的码本要更小,量化计算量更低。然后针对有限反馈给系统带来的速率损失,推导了系统和速率损率损失和反馈比特数的关系式,提出通过求极值解得最优的比特分配方案的算法,仿真结果表明,提出的比特分配算法相比于传统的均分比特算法,系统和速率有明显的提升。