多用户mimo系统调度技术的分析

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1、·南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论第一章绪论1.1课题的背景及意义移动通信系统从20世纪80年代的第一代（1G）通信系统诞生以来，大大改善了人们的生活质量。但人们对更高性能的移动通信的追求从未停止。随着人们对语音通话的更高的需求催生了2G通信系统，WAP伴随着2.5G的到来大放异彩。3G是移动多媒体通信系统，提供的业务包括语音，传真，数据，多媒体娱乐和全球无缝漫游，速率可达到几百kbps以上。4G是真正意义的高速移动通信系统，传输速率可达20Mbps甚至100Mbps，然而移动互联网及物联网行业的发展，使得移动数据流量呈爆炸式增长，这种需求使得5G成为现在移动通信研究重点

2、，其最高理论传输速度可达数十Gbps，这比已经商用的4G网络的传输速度快百倍乃至千倍。移动通信的高速发展不断使得通信技术被研究推出，以最大限度地提高频谱效率、提升传输速率、扩大系统吞吐量。多输入多输出（MIMO）技术由于其高速率及高可靠性，被多个无线通信标准用来作为关键性技术。理论和实践已经证明，MIMO技术在无线通信系统的发射端和接收端均采用多天线来提升空间自由度，在无需增加额外带宽或总发送功率耗损的条件下，成倍地提升与增强系统的速率和可靠性。目前，MIMO技术已经被包含在许多无线通信技术标准中，比如IEEE802.11n，IEEE802.16(WorldwideInterop

3、erabilityforMicrowaveAccess)，3GPPLTE(LongTermEvolution)和3GPPLTE-A(LTE-Advanced)。3GPPLTERelease8定义了单用户MIMO传输模式，是一个基于预定义的预编码的点对点传输方案。当基站端的天线数目大于等于用户端的天线数目，若天线之间的衰落的独立性较差，则使用的空间维数是受到限制的。针对上述情形，多用户MIMO能够更好地利用空间维度。多用户MIMO是指在单小区中研究基站与多个用户通信的MIMO技术。在多用户MIMO系统中，MIMO技术可以支持多个用户的空间复用和分集，并且配备多根天线的基站可以同时与

4、多个用户通信，接收或发送数据，大大提高了系统的容量。3GPPLTE-A所采用的诸多新技术中，允许基站向多个用户同时发送多个并行子数据流的多用户MIMO技术备受关注，该技术被认为是帮助无线通信系统获取高频谱利用率的核心技术。尤其是在移动终端接收天线受限的下行链路中，多用户MIMO技术能够有效提升系统性能。在多用户MIMO系统中，基站需要同时与多个用户进行通信，相对于简单的点对点通信系统，多用户MIMO会面临诸多问题。由于多个用户享用同一时间频率资源，对于某个用····1····南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论户来说，其他多个用户都将视为干扰即多用户干扰，为了消除干扰，基站端

5、对用户信号进行预编码。另外，实施预编码之后，需考虑到基站端天线数及用户端天线数的关系，基站端仅能对一定数目的用户进行选择通信，如何从多个备选用户中选择一组用户通信就是多用户MIMO系统中的调度技术。在多用户MIMO系统中，调度技术主要服务于下行广播链路，如何利用多用户分集，达到某种目标的调度技术受到了越来越多的关注。目前，多用户MIMO系统中的调度技术主要结合预编码技术进行研究讨论，以最大化系统吞吐率，也即和速率。1.1多用户MIMO系统中预编码技术研究现状多用户MIMO系统利用空间复用技术使得多个用户数据以SDMA的形式在同一时频资源上传播，在提高系统吞吐率的同时也将引入多用户

6、共道干扰。由于系统用户之间的信道相关性较小，用户难以通过协作手段用以消除多用户干扰。同时，用户端设备如果负责消除多用户干扰，其设计复杂度及便携性将成为问题。为解决多用户下行链路的多用户干扰，在基站发射端采用预编码技术是一个重要措施，预编码技术能有效地分离用户间的数据，提高信号的传输质量，明显降低移动终端的设计复杂度。针对多用户MIMO下行链路，最优预编码方案是由Costa提出的脏纸编码[1](DirtyPaperCoding，DPC)技术。在基站端获知完美用户信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)的时候，DPC不仅能完全消除多用户干扰，而且能达到容

7、量上界。但是DPC高复杂度使其在实际应用上受限。在非线性预编码中广受关注的是矢量扰动预编码[2]和THP预编码[3]，与DPC思想相似，这两种编码技术在编码处理时要求用户数据具备一定的次序。THP与矢量扰动预编码技术比较，其复杂度较低，故在实际应用中被重点研究。然而，THP适合用户单数据流或单天线情况，当用户多数据流或多天线时，THP不能有效地提高系统性能，此外，THP过度依赖用户预编码顺序。针对以上弊端，文献[4-6]提出了一系列方案弥补THP的不足。非线性预编码技术要求用户数