lte系统mu-mimo用户配对技术的研究

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1、硕士学位论文LTE系统MU-MIMO用户配对技术的研究作者姓名李曼潇学科专业通信与信息系统指导教师冯穗力教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2016年5月ResearchonMU-MIMOuserpairingtechnologyinLTEADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiManXiaoSupervisor：Prof.FengSuiliSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,Ch

2、ina分类号：TN929.5学校代号：10561学号：201320108463华南理工大学硕士学位论文LTE系统MU-MIMO用户配对技术的研究作者姓名：李曼潇指导教师姓名、职称：冯穗力教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：通信与信息系统研究方向：通信网络理论与技术论文提交日期：2016年5月13日论文答辩日期：2016年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：柯峰副教授委员：冯穗力教授孙季丰教授张永忠教授级高工薛锋章研究员摘要新兴通信业务的高速发展，对无线通

3、信系统的信息容量、传输速率的要求越来越高。目前，可用的频率资源是有限的，继续采用传统的通信方式无法应对通信业务对通信速度和通信质量要求的爆发式增长，如何在有限的时间和频率资源上更快更准确地传输信息是无线通信系统中十分重要的研究课题。由于多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，简称MIMO)技术可以显著的提升系统的信道容量而在3GPP长期演进(LongTermEvolution，简称LTE)系统中被广泛使用。然而，在LTE上行链路中，由于用户终端尺寸、电量等的限制，大多

4、数的终端只配置一根发射天线，若采用传统的MIMO技术，系统性能受到发射天线数目的限制，不能发挥MIMO的优势来提高信道容量。因此，针对MIMO技术在发射天线数目有限的场景的应用，在LTE上行链路中，将几个用户联合起来构成多用户MIMO(MultiuserMultipleInputMultipleOutput，简称MU-MIMO)可以达到传统MIMO的效果，可进一步提高上行链路的信道容量。MU-MIMO技术在上行传输中的应用又称为虚拟MIMO(VirtualMIMO，简称V-MIMO)。在LTE下行

5、链路中也可以使用MU-MIMO技术，将几个用户联合起来看作一个接收单元，它们可以使用相同时间相同频率的系统资源进行MU-MIMO的下行传输。现有的不少研究指出，MU-MIMO用户配对技术在LTE系统中性能的好坏主要由用户配对的算法性能、发送端使用的预编码、接收端使用的信号检测这三方面决定。因此，本文主要从这三方面研究MU-MIMO用户配对技术在LTE系统中的应用，先详细介绍和仿真基本方法，然后给出优化方案。MU-MIMO用户配对技术主要是对LTE系统物理资源调度方法的优化，本文首先描述了LTE系统

6、中与MU-MIMO用户配对技术有关的物理层概念，包括LTE帧结构、LTE物理资源块、LTE系统中MIMO上下行传输的关键技术，对这些关键技术进行了详细讨论。除此之外，还给出了MU-MIMO系统用户配对概述、常用的LTE系统的信道模型。在介绍基本的用户配对方法前，论文详细分析与仿真了MU-MIMO传输涉及的信号检测方法和MU-MIMO下行传输涉及的预编码方法。研究的信号检测方法包括两种线性检测、串行干扰消除检测，研究的预编码方法包括求逆预编码、脏纸预编码、块对角化预编码、Tomlinson-Hara

7、shima预编码。在此基础上，论文对现有的几种最基本的用I户配对算法进行了分析和仿真，包括随机配对、信道增益强度配对、信道容量配对、正交配对、行列式配对、简化的基于迫零预编码的用户配对。论文最后根据不同场景下的需求和约束，针对MU-MIMO用户配对基本方法的不足，提出了配对优化策略，包括简单误码率配对、优化误码率配对两个方案。优化方案包含有关降低用户配对计算复杂度方面的策略，在考虑两用户配对时可以使用Kuhn-Munkres算法，在任意数目用户配对时可以使用分簇方法。最后，对提出的两个优化的用户配

8、对方案进行了仿真和分析。由仿真结果可以看出，简单误码率配对和优化误码率配对两个方案相比优化前的基本用户配对算法，误码率和吞吐量性能有显著的提升，取得了降低复杂度和提高系统性能的目的。关键词：LTE系统、MU-MIMO、V-MIMO、用户配对、预编码、信号检测IIAbstractWiththerapiddevelopmentofnewcommunicationservices,therequirementoftheinformationcapacityandtransmissionr