《无线通信系统中的下行多用户MIMO传输策略比较》-毕业论文.doc

精品 无线通信系统中的下行多用户ＭＩＭＯ 传输策略比较 摘要：多天线处理技术是下一代无线通信系统的一种重要技术，通过在发送端和接收端配置多根天线可以有效的改善系统容量，目前存在多种下行多用户多天线传输方案，如ZCZF-DPC，BD和ZFBF，从复杂和系统性能角度考虑，对多用户MIMO传输方案进行了分析和比较，分析了不同发射方案的和速率和功率分配，通过仿真，验证和比较了不同方案的和速率性能、多用户分集特性及可支持的最优用户数特性。 关键词：MIMO；预处理；和速率；多用户分集； 第一章 绪论 最近十年来，因特网和移动通信飞速发展，在第三代蜂窝移动通信中已经部分地引入了无线因特网和多媒体业务。而在新一代移动通信系统（即所谓的Beyond3G或4G）中，人们对传输速率提出了更高的要求，这就需要采用更先进的技术来实现更高的传输速率。然而频谱资源总是有限的，要支持高速率就要开发具有极高频谱利用率的无线通信技术。最近的研究表明，多进多出（MIMO：MultipleInput-MultipleOutput）技术可以显著提高无线系统的频谱利用率。实验室的研究证明，采用MIMO技术在室内传播环境下的频谱效率可以达到20-40bit/s/HZ；而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1-5bit/s/HZ，在点到点的固定微波系统中也只有10-12/s/HZ。MIMO技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，已经被认为是新一代无线传输系统的关键技术之一。 MIMO是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，而传统的通信系统是单进单出（SISO）系统，基于发射分集和接收分集的多进单出（MISO）方式和单进多出（SIMO）方式也是MIMO的一部分。它并不是一门新技术，早在1908年马可尼就提出用MIMO方式来抵抗无线信道的衰落。贝尔实验室的E.Telatar和G.J.Foschini别独立地在他们各自的论文中论证了理论上的MIMO信道的香农容量。他们指出，使用Ｎ×Ｍ信道矩阵描述Ｍ副发射天线和Ｎ副接收天线系统的无线信道，如果Ｎ×Ｍ信道矩阵的元素间具有理想的独立衰落，系统容量将会随发射方和接收方天线数中最小一方的天线数ｍｉｎＮＭ的增加而线性增加。这可以在ＳＩＳＯ基础上成倍地增加系统容量。同时，Ｆｏｓｃｈｉｎｉ还开发了用于ＭＩＭＯ系统的实际发射／接收算法，这就是著名的贝尔实验室分层空时码（ＢＬＡＳＴ）算法。后来另外一个突破性的方案，即空时编码的思想由ＡＴ＆Ｔ实验室提出，它可以提高ＭＩＳＯ和ＭＩＭＯ系统的分集增益。这些信号处理方案可以提高ＭＩＭＯ系统的容量，因而吸引了大量的研究开发人员和工程技术人员进行更深入的研究。 在蜂窝系统中，在基站端可以很容易配置多天线 来获得增益，然而很多情况下，受天线尺寸和造价的影响，移动台的天线数小于基站。因此不能从多发射天线获得足够的容量增益。如：采用时分多址，基站一次只能一次服务一个用户，受到每个用户接收天线数量的限制，总的系统容量不会随着天线数量的增加而线性增加。 一种解决方案就是同时服务多个用户，称为多用户MIMO或空分多址SDMA方式。一种实现方法就是使用脏纸编码DPC方案，DPC能够获得高容量，但是其很高的计算复杂度，给目前的实现带来了挑战。 本文分析了多用户MIMO传输方案，分析了不同发射方案的和速率和功率分配，并通过仿真验证比较了不同方案的和速率性能、多用户分集特性及最优用户书特性。 第二章移动通信的发展 2.移动通信已经成为最大的通信手段2.1移动通信持续高速增长　　移动通信在上个世纪80年代初开始商用，到2004年底仅20多年的时间，全球移动用户已经超过15亿。全球每年平均增加2亿移动通信用户。2002年全球的移动用户已经超过固定电话用户，成为人类第一大通信手段。由于移动通信的个性化和移动性的特点，使其迅速向个人普及。西欧国家的移动通信平均普及率已经超过80%，我国的台湾和香港的移动用户普及率都已经超过100%。　　我国的移动通信在1987年投入商用，从上世纪九十年代末开始持续高速增长，特别是2000年以来，每年新增用户6000万。截止到2004年11月底，我国的移动通信用户达到3.3亿，普及率达到24.8%。今年平均每月新增用户仍保持550万。2003年10月我国的移动用户超过固定用户，成为第一大通信手段。　　2004年第三代移动通信发展进展进程明显加快，截止到2004年11月，WCDMA的商用网络已经达到43个，用户数达到1330万，cdma2000 1X的商用网络已经达到67个，用户达到1.22亿，cdma2000 1xEV-DO的用户也已经达到1040多万。而且3G技术的成熟和逐渐规模商用，3G设备的性价比也在大幅度提高，以WCDMA为例，系统设备单位容量的性