（通信与信息系统专业论文）mimo系统空时编码与用户选择技术研究.pdf

， 一 ， 论文作者签名：独赵 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丕选赵导师签名： 中文摘要l a b s l l ra c t 。3 符号说明5 缩略语简表6 第一章绪论8 1 1 无线通信的发展背景8 1 2m i m o 技术研究现状。9 1 3 本论文的研究内容和主要贡献1 3 1 4 论文的章节安排1 4 第二章m i m o 系统与空时处理技术1 5 2 1 单用户m i m o 系统1 5 2 1 1m i m o 系统模型和容量15 2 1 2 空间分集技术和空间复用技术1 9 2 2 多用户m i m o 系统2 2 2 2 1 多用户m i m o 系统模型和容量2 2 2 2 2 预编码技术2 4 2 3 本章小结2 6 第三章d s t t d 系统中基于有限角度反馈的空时编码技术2 7 3 1 引言2 7 3 2d s t t d 系统模型2 8 3 3 发射天线重分组技术( t r a n s m i ta n t e n n as h u f f l i n gt a s ) 3 0 3 4 基于角度反馈的空时编码技术3 2 3 4 1 反馈选择准则以及编码机制3 2 3 4 2 算法复杂度比较3 5 3 5 仿真结果3 6 山东大学硕士学位论文 3 6 本章小结3 7 第四章m u m i s o 系统中基于不同q o s 的发射天线和用户选择算法3 8 4 1 引言。3 8 4 2 天线选择和用户选择技术3 9 4 2 1 天线选择技术3 9 4 2 2 用户选择和调度技术4 0 4 3 多用户m i s o 系统和信号模型4 2 4 4 基于q o s 的发射天线和用户选择算法4 4 4 4 1 发射天线和用户分步选择算法( s t a u s ) 4 4 4 4 2 发射天线和用户联合选择算法( j t a u s ) 4 7 4 4 3 结合比例公平调度的算法改进5 0 4 5 仿真结果5 0 4 6 本章小结5 4 第五章总结与展望5 5 参考文献5 7 致谢6 4 攻读学位期间发表的论文6 5 山东大学硕士学位论文 t a b l eo fc o n t e n t s a b s t r a c t 1 s y m b o ls t a t e m e n t 5 l i s to f a b b r e v i a t i o n s 6 1 1d e v e l o p m e n to f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s 8 1 2m i m o t e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hs t a t u s 9 1 3r e s e a r c hc o n t e n t sa n dm a i nc o n t r i b u t i o n s 13 1 4d i s s e r t a t i o no u t l i n e 1 4 c h a p t e r2m i m os y s t e ma n dt e c h n i q u e s 15 2 1s i n # e - u s e rm i m os y s t e m 15 2 1 1m o d e la n dc a p a c i t yo f m i m os y s t e m 15 2 1 2s p a t i md i v e r s i t ya n ds p a t i a lm u l t i p l e x i n g 1 9 2 2m u l t i - u s e rm i m os y s t e m 2 2 2 2 1m o d e la n dc a p a c i t yo fm u m i m os y s t e m 2 2 2 2 2p r e c o d i n g t e c h n i q u e 2 4 2 3c o n c l u s i o n s ：1 6 c h a p t e r3s p a c e t i m ec o d i n gb a s e do nl i m i t e da n g l ef e e d b a c ki nd s t i ds y s t e m 2 7 3 2d s t t ds y s t e mm o d e l 2 8 3 3t r a n s m i ta n t e n n a s h u f f l i n gt e c h n i q u e ( t a s ) 3 0 3 4c o d i n gs c h e m eb a s e do na n g l ef e e d b a c k 3 2 3 4 1f e e d b a c ks e l e c t i o nc r i t e r i o na n dc o d i n gs c h e m e 3 2 3 4 2c o m p l e x i t ya n a l y s i s 3 5 3 5s i m u l a t i o nr e s u l t s 3 6 3 6c o n c l u s i o n s 3 7 c h a p t e r4t r a n s m i ta n t e n n aa n du s e rs e l e c t i o nb a s e do nt h eq o so f u s e r si n i 4 3m u m i s os y s t e mm o d e l 4 2 4 4t r a n s m i ta n t e n n aa n du s e rs e l e c t i o na l g o r i t h m sb a s e do n q o s 4 4 4 4 1s c p e r a t e dt r a n s m i ta n t e n n aa n du s e rs e l e c t i o na l g o r i t h m ( s t a u s ) 4 4 4 4 2j o i n tt r a n s m i ta n t e n n aa n du s e rs e l e c t i o na l g o r i t h m ( j t a u s ) 4 7 4 4 3a l g o r i t h mi m p r o v e m e n tc o m b i n e d 、7 l ，i t l lp f s 5 0 4 5s i m u l a t i o nr e s u l t s 5 0 4 6c o n c l u s i o n s 5 4 c h a p t e r5c o n c l u s i o n sa n df u t u r ew o r k 5 5 r e f e r e n c e s 5 7 a c k n o w l e g e m e n t s 6 4 p u b l i c a t i o n sa n ds u b m i t t e dp a p e r s 6 5 h 无线通信技术的迅猛发展使人们的通信和生活方式发生了重大改变。无线业 务的迅速增加需要大量的频段以保证足够的传输速率，而实际上频谱资源是十分 有限的。因此，如何高效地利用无线频谱引起了广泛关注。目前，多输入多输出 ( m i m o ) 技术通常被认为是进一步提高频谱利用率的最有效的方法之一。 m i m o 技术的实质就是为无线系统提供空间分集增益和空间复用增益。空间 分集是一种有效对抗无线链路衰落的技术，而空间复用可以在不增加额外大功率 和带宽的情形下，提供与天线个数成线性比例的系统容量，从而大大提高了系统的 频谱利用率。在发射端已知信道状态信息( c s i ) 的情况下，利用波束形成技术可以 实现最优系统性能；在发射端未知任何c s i 的情况下，系统利用空时编码技术实 现发射分集来提高传输效率。而对于大部分m i m o 系统，接收端可以根据信道估 计获得部分c s i 并反馈给发射端。基于有限的反馈信息，发射端可以对发射信号 进行更加有效的编码处理。 目前m i m o 系统的研究已经从点对点的单用户系统扩展到点对多点的多用户 系统即m u m i m o 系统。它可以在不需要附加时隙和频谱资源的前提下同时与多 个用户通信，相比单用户系统能够达到更高的信道容量。在多用户系统中，为消 除用户间干扰，发射端需根据c s i 对发射信号进行预编码。其中，z f b f 预编码是 得到广泛研究的一种技术。但是由于它对同时服务用户数目的限制，发射端需要 采取有效的算法选取一定的用户子集接受服务。另外，若要保证各用户接受服务 的公平性，需对用户的接入进行调度。同时，由于r f 链路成本较高，在m u m i m o 系统的发射端增加天线数并采用天线选择技术也是一种非常有效的低成本提高系 统性能的技术。 本论文研究了单用户m i m o 系统的空时编码技术和m u - m i s o 系统中的发射 天线与用户选择技术，主要贡献及创新点包括以下两个方面： ( 1 ) 研究一种已写入4 g 标准的单用户m i m o 系统- d s t r d 系统。提出了在 发射端基于有限角度反馈信息对发送信号进行改进的a l a m o u t i 空时编码机制。该 角度信息由接收端计算并反馈，计算的准则是最大化最小后验信噪比。该机制实 户m i s o 系统的发射天线和用户选择技术进行了研究。论文最后总结了该领域尚 待解决的问题以及下一步的研究重点。 关键词：多输入多输出；空时编码；角度反馈；多用户系统；发射天线选择；用 户选择与调度 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sh a sb r o u g h tg r e a tc h a n g e si nt h e w a yo fc o m m u n i c a t i o na n dl i f e f o rt h ee v e r - i n c r e a s i n gd e m a n do fw i r e l e s ss e r v i c e , m u c hm o r ef r e q u e n c yb a n di sn e e d e dt om a k e $ 1 1 r ee n o u g ht r a n s m i s s i o nr a t e s b u tt h e f r e q u e n c yr e s o u r c ei sa c t u a l l yl i m i t e d s o ，h o wt ou t i l i z ew i r e l e s sr e s o u r c ee f f i c i e n t l y b e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t n o w a d a y sm u l t i i n p u tm u l t i - o u t p u t ( m i m o ) t e c h n o l o g yi sr e g a r d e da so n eo ft h em o s te f f e c t i v em e t h o d st oi m p r o v et h es p e c t r u m u t i l i z a t i o n t h er e s e a r c h e sh a v es h o w nt h a tt h em i m ot e c h n o l o g ye s s e n t i a l l yp r o v i d e ss p a t i a l d i v e r s i t ya n ds p a t i a lm u l t i p l e x i n gg a i nf o rw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s s p a t i a l d i v e r s i t yt e c h n i q u ei sap o w e r f u lt e c h n i q u et om i t i g a t ef a d i n gi nw i r e l e s sl i n k s s p a t i a l m u l t i p l e x i n gc a np r o v i d eal i n e a ri n c r e a s ei nc h a n n e lc a p a c i t ys c a l e dt ot h ea n t e n n a n u m b e rw i t h o u ta d d i t i o n a lc o n s u m p t i o no fp o w e ro rb a n d w i d t h , w h i c he n l a r g et h e f r e q u e n c ys p e c t r a le f f i c i e n c y w i t ht h ep e r f e c tc h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( c s l ) ，t h e m i m os y s t e mc a nr e a c ht h eo p t i m a lp e r f o r m a n c eb yr e a l i z i n gd i r e c t i v et r a n s m i s s i o n w i t h o u ta n yc s i ，s p a c e - t i m ec o d i n gi sa ne f f e c t i v em e t h o dt oi m p r o v es y s t e m p e r f o r m a n c ew i t ht r a n s m i td i v e r s i t yg a i n h o w e v e r , f o rm o s to fm i m os y s t e m s ，t h e t r a n s m i t t e rc 硒g e tp a r t i a lc s if r o mt h ef e e d b a c ko fr e c e i v e r w i t ht h ef e e d b a c k ，t h e t r a n s m i t t e rm a ym a k ea ni m p r o v e ds p a c e - t i m ec o d i n gm o r es u i t a b l ef o r t h ec h a n n e l a tp r e s e n t ，t h er e s e a r c he m p h a s i sh a st r a n s f e r r e df r o ms i n g l eu s e rt om u l t i u s e r m i m os y s t e m t h em u l t i u s e rm i m os y s t e mc a nc o m m u n i c a t ew i t hm u l t i p l eu s e r s w i t h o u te x t r at i m es l o t sa n df r e q u e n c yr e s o u r c e sa n dc a np r o v i d em u c hm o r ec h a n n d c a p a c i t yc o m p a r e dw i t ht h es i n g l e u s e rm i m os y s t e m i no r d e rt oe l i m i n a t et h e i n t e r f e r e n c ea m o n gd i f f e r e n tu s e r s ，t h et r a n s m i t t e rs h o u l dp r e c o d et h et r a n s m i s s i o n s i g n a lb a s e do nt h ek n o w nc s i z e r o f o r c i n gb e a m f o r m i n g ( z f b f ) a sak i n do f p r e c o d i n gt e c h n i q u e sh a sb e e nr e s e a r c h e db r o a d l y b u tz f b fh a sl i m i t a t i o ni nt h e n u m b e ro f u s e r sw h or e c e i v e s e r v i c es i m u l t a n e o u s l y s ot h et r a n s m i t t e rs h o u l ds e l e c tt h e 3 山东大学硕士学位论文 o p t i m a lu s e rs u b s e tf o rs e r v i c ee f f e c t i v e l y a tt h es a m et i m e , i no r d e rt oe n s u r ef a i r n e s s a m o n gd i f f e r e n tu s e r s ，s c h e d u l i n gi sr e q u i r e dt om a n a g et h eu s e r s a c c e s st o t h e r o s o u f c c s o nt h eo t h e rh a n d ，丽lt h ee m p l o y m e n to fm o r ea n t e n n a sa tt r a n s m i t t e r ， a n t e n n as e l e c t i o ni sal o wc o s tt e c h n i q u et oc a p t u r em a n ya d v a n t a g e so fm i m os y s t e m w i t h o u tt h el i m i t a t i o no fr fc o s t i nt h i sd i s s e r t a t i o n , s i n g l em i m os y s t e mw i t l ls p a c e - t i m ec o d i n ga n dm u l t i u s e r m i s os y s t e mw i t ha n t e n n a & u s e rs e l e c t i o na r es t u d i e d i ng e n e r a l ，t h em a i n a c h i e v e m e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o na r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) 1 f l l ed s t t ds y s t e ma sat y p i c a ls i n g l eu s e rm i m os y s t e mw h i c hh a sb e e nd r a w n i n t o4 gs t a n d a r d si sr e s e a r c h e df i r s t a ni m p r o v e dc o d i n gs c h e m ei sp r o p o s e dw i t h l i m i t e da n g l ef e e d b a c ka tt h et r a n s m i t t e ri nd s t t ds y s t e m n ef e e d b a c ki sc a l c u l a t e d a tr e c e i v e rw i t ht h ec r i t e r i o no f m a x i m i z i n gt h em i n i m u mp o s t p r o c e s s i n gs n r w i t h l e s sf e e d b a c kb i t s ，t h en e wc o d i n gs c h e m ec a nr e a c ha l m o s tt h es a m ep e r f o r m a n c eo f t r a d i t i o n a lt a ss c h e m e ( 2 ) t w oa l g o r i t h m so f t r a n s m i ta n t e n n aa n du s e rs e l e c t i o ni nm u m i s o s y s t e mb a s e d o nd i f f e r e n tq o sa r ep r o p o s e d b o t ht h et w om e t h o d s s e l e c t i o nc r i t e r i aa r em a x i m i z i n g t h es y s t e ms u m - r a t e o n eo ft h ea l g o r i t h m ss e l e c t st h eu s e rs u b s e tf i r s ta n dt h e ns e l e c t t r a n s m i ta n t e n n as u b s e ta c c o r d i n gt ot h es e l e c t e du s e r s ；t h eo t h e rs e l e c t st h eu s e ra n d t r a n s m i ta n t e n n aj o i n t l y 砀et w oa l g o r i t h m sb o t hr e a c ht h en e a r - t o - o p t i m a lp e r f o r m a n c e a n dh a v el o w e rc o m p l e x i t y b a s e do na b o v ea n a l y s i s ，s p a c e t i m ec o d i n gs c h e m eb a s e do na n g l ef e e d b a c ki n d s t t ds y s t e ma n dt r a n s m i ta n t e n n a & u s e rs e l e c t i o nm e t h o d sf o rm u l t i - u s e rm i s o s y s t e m sa r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n f i n a l l y , t h ep r o b l e m st ob es o l v e di nt h i s r e s e a r c hf i e l da n df u t u r er e s e a r c ht o p i c sa r es u m m a r i z e d k e yw o r d s ：m u l t i - i n p u tm u l t i - o u t p u t ；s p a c et i m ec o d i n g ；a n g l ef e e d b a c k ；m u l t i u s e r s y s t e m ；u s e rs e l e c t i o na n ds c h e d u l i n g 4 l i a i |向量a 的2 范数，l a l - 也瓦 5 f d d f d m a g s m m a i m i m o m i s o m l m m s e m s m u l m u m u m i s o o f d m 6 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x频分双工 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址 g l o b l es y s t e mf o rm o b i l e 全球移动系统 m u l t i p l e - a c c e s si n t e r f e r e n c e 多址干扰 m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t 多输入多输出 m u l t i p l ei n p u ts i n g l eo u t p u t 多输入单输出 m a x i m u ml i k e l i h o o d最大似然 m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r最小均方误差 m o b i l es t a t i o n移动台 m u l t i u s e ri n t e r f e r e n c e多用户干扰 m u l t i u s e r - m i m o多用户m i m o m u l t i u s e r - m i s o多用户m i s o o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用 t a s t d t d d t d m 队 w i n 嗽 w l a n z f b f t r a n s m i ta n t e n n as h u f f l i n g发射天线重分组 t r a m s m i td i v e r s i t y发射分集 t i m ed i v i s i o nd u p l e x时分双工 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s时分多址 w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s 全球微波接入互操作性 w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 无线局域网 z e f o r c i n gb e a m f o r m i n g迫零波束形成 7 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 无线通信的发展背景 无线通信是当今世界信息技术领域最活跃的科研和应用方向之一。它突破了 有线通信的物理限制，大大提高了人们的通信自由度，能够在有无线信号的地方 进行自由通信，并将在任何地点、任何时间、向任何人提供任何优质服务作为发 展目标。随着通信设备的日益普及，移动通信技术已经深入到人们的日常生活之 中，成为我国国民经济发展的一个重要支撑力量。无线通信产业的迅速增长驱动 了无线通信技术的创新和发展。到目前为止，移动通信的发展大致可以划分为第 一代、第二代、第三代移动通信。 第一代移动通信( 1 g ) 系统是指最初模拟的、仅限语音的蜂窝电话系统，成熟于 上世纪8 0 年代，采用的是模拟技术和频分多址( f d m a ) 技术。由于受到传输带宽 的限制，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统。第 一代移动通信有很多不足之处，如容量有限、制式太多、互不兼容、保密性差、 通话质量不高、不能提供数据业务和不能提供自动漫游等。 第二代移动通信( 2 g ) 系统为数字蜂窝移动通信系统，信号处理的模式由模拟信 号转为数字信号，信号处理技术有了本质的发展。2 g 主要有全球移动系统( g s m ) 、 i s 1 3 6t d m a 系统和i s 9 5c d m a 系统，主要以提供话音和低速数据业务为主。 因其频谱利用率高，保密性好，可灵活地进行信息交换、存储，2 g 在全世界范围 内得到了广泛的应用。但是随着人们对信息传输要求的提高，2 g 已无法适应现代 社会的高速率数据多媒体业务的要求。其中，g s m 的数据速率较低，只能提供 2 4 k - 9 6 k b p s 以及1 4 4 k b p s 的电路交换语音业务。 第三代移动通信( 3 g ) 系统主要以c d m a 技术为核心，目前在我国已实现商用 但是普及度还不是很高。国际电联接受的3 g 标准有日本欧洲的w c d m a 、北美的 c d m a 2 0 0 0 、w i m a x 和中国的t d s c d m a 。3 g 可以在无线蜂窝网络中提供更加 丰富的多媒体服务，提供最高达2 m b p s 的接入速率，在这样的条件下，现在计算 机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递，例如手机电视、视频通话、 宽带上网等。 8 山东大学硕士学位论文 3 g 通信方兴未艾，人们已经开始对下一代通信系统( b 3 g 4 g ) 进行研究。4 g 通信需要达到比2 g 、3 g 更高的传输速率，更大的覆盖范围，更稳定的性能，并 且还要能够满足各种业务的传输要求。目前，国际上普遍认为b 3 g 4 g 系统应当在 1 0 0 m h z 无线频段范围内达到1 g b p s 的峰值速率，也就是频谱效率高达1 0 g b p s h z ， 同时为了达到绿色环保目标，b 3 g 4 g 系统的发射功率需要远低于2 g 和3 g 系统， 这就对新技术的研发提出了更高要求。目前所提出的各种3 g 标准向下一代通信系 统演进的路径不同，同时有很多的问题亟待解决。 1 2m i m o 技术研究现状 为了实现下一代无线移动通信系统要求的更高的数据传输速率和提供种类更 多、质量更好的数据业务，需要解决的一个关键问题是如何更加有效地利用极为 有限的频谱资源，提高频谱利用率。在第四代移动通信中为了提高频谱利用率， 采用了众多的新型的物理层技术，诸如多输入多输出( m i m o ) 、单载波频域均衡 ( s c f d e ) 技术、正交频分复用( o f d m ) 等技术。 m i m o 技术是在发射端与接收端配置多天线单元的传输方式。m i m o 无线通 信的研究的信息论理论基础是t e l t a r t l 】和f o s 出l l i 【2 1 关于信道容量的理论分析。通过 信息论证明，当接收天线和发射天线之间互不相关时，m i m o 系统能够获得巨大 的容量。随后关于相关信道、在不同衰落( r a y l e i g h 衰落，r i e i a n 衰落，n a k a g a m i 衰落) 下的信道、频率选择性信道的容量得到了广泛研究【3 - 7 。研究表明，m i m o 技 术可以充分发掘空间资源，在不增加带宽和发射功率的情况下成倍提高通信系统 的通信容量和频谱利用率。 m i m o 系统的实质是提供空间分集增益和空间复用增益。分集有效对抗信道 衰落，提高系统传输的可靠性。复用能够形成多个并行子信道发送不同信息流， 提高数据传输速率，实现系统所能提供的最大容量。对m i m o 技术的应用研究集 中在最优化系统性能、最大化系统容量、最低化接收复杂度这三个相互制约甚至 相互矛盾的方面i 引。 空间分集的重点是发射分集，而空时编码技术是实现发射分集的重要方法。 空时码主要包括空时分组码( s t a c ) 和空时格码( s r r c ) 。a l a m o u t i 编码是最早的空 9 山东大学硕士学位论文 时分组码 9 1 ，应用于2 x 2m i m o 系统，可以实现全速率分集。随后正交空时分组码 ( o s t b c ) t 1 0 l ，伪正交码( p o s t b c ) 1 1 1 和准正交空时分组码( q o s t b c ) 【1 2 】被广泛研究。 空时分组码构造较简单，而且仅需接收端知道信道状态信息( c s i ) 便可译码，因此 成为3 g 及4 g 标准中使用的技术之一。而在收发端均不知道c s i 时，研究人员又 提出了酉空时编码s t c ) 【1 3 】和差分空时编码( d s t b c ) 【1 4 1 。s t f c 以格型编码调制 为基础，具有很高的编码增益和分集增益，但是编码和解码复杂度极高，因此它 的应用受到极大限制。 复用技术最早由b e l l 实验室的f o s c h i n i 等人提出的b l a s t 系统实删1 5 1 。 b l a s t 系统实现了最接近m i m o 系统的理论容量。特别是v b l a s t 由于其编译 码复杂度较低得到了广泛应用。b l a s t 系统的研究集中在：第一接收端译码【1 6 1 ， 包括m l 译码，球形译码，z f 译码和m m s e 译码。第二，复用技术在具体系统中 的应用。近期发展的一些无线通信系统几乎都采用了空间复用技术，例如， 3 g p p l t e ，超宽带技术( u w b ) ，无线局域网8 0 2 1 l n 标准，无线城域网8 0 2 1 6 标准、无线广域网8 0 2 2 0 标准。 对于m i m o 系统的分集增益和复用增益，提高一种增益必然降低另一种增益， 因此系统设计者需要在这两种增益间取得折中。关于两者之间联合使用的研究一 直没有停止过【1 7 l 。为能够同时实现m i m o 系统的分集增益与复用增益，在2 0 0 2 年，一种2 x 4d s t r d 系统模型1 8 1 被提出，这一系统模型因其简单有效目前已经被 列入4 g 通信标准中。关于它的研究在第三章中详细提及。 虽然m i m o 技术理论上能够实现较好的传输速率和质量，但是距大规模商用 还有很大的差距。首先面临的是由在发射端和接收端配置多个天线带来的成本问 题，因为对于多天线需配置相等数量的射频( r f ) 链路，而r f 链路成本较高。同时 在基站安装太多r f 链路，对环境可能造成不利影响。同时，对于终端尤其是小型 的终端，例如手机，即使是安装2 个r f 链路也成问题。为解决这个问题，m i m o 系统引入天线选择技术。 天线选择技术是增加一定硬件和计算复杂度下提高m i m o 系统性能的有效方 式。在一定的r f 链路数量限制下，在接收端或者发射端配置更多成本较低的天线， 通过合理的位置排列，形成多维的信道矩阵。当收发端有多个信道可供选择时， 1 0 山东大学硕士学位论文 系统可以选择相关性小的信道子集进行收发信号。天线选择可同时在发射端【1 9 】和 接收端【2 川单独使用，也可联合使用【2 l 】。基于信道模值的选择方法最简单圈，但仅 对o s t b c 编码的m i m o 系统有效，而对于普通的复用系统，性能较差。最优的 方法是穷举算法但复杂度高，仅能作为性能参考。天线选择技术的研究重点是根 据具体系统运用矩阵分析不断简化信道选择的准则【2 3 彩】。天线选择技术可应用于 不同的系统来提高系统性能，例如，基于q o s t b c 编码的m i m o 系统1 2 5 ， m i m o o f d m a 系统【2 6 1 ，m i m o 中继系统 z 7 1 。亦可应用于多用户m i m o 系统【2 吼。 其次，m i m o 技术面临的另一个问题是m i m o 系统信道复杂性明显提高，多 径、相关、时延、角度扩展问题都极大影响着m i m o 系统的性能。一般情况下， 发射端的设计需要了解所有下行链路的c s i 。通常假设m i m o 系统的信道是分段 恒定衰落的，但其在宽带信号和高速移动的情况下是不能满足的，实际的信道是 时变的，存在频率选择性衰落、时间选择性衰落，因此必须建立更复杂的信道模 型。在t d d 信道中，若接收端知道准确下行链路信道，发射端也容易得知。但是 对于f d d 信道，接收端需将获得的信道信息反馈给发射端，发射端才能根据反馈 信息进行发射信号前的处理。接收端的信道估计是m i m o 系统研究的一难点。信 道估计中，接收端根据发射端的发射训练序列获得信道状态信息，如果接收端运 动速度过快或在快衰落信道下都会使训练时间缩短甚至不能获得瞬时信道状态信 息：信道估计有时是不准确的，估计误差对系统的影响以及如何利用现有不准确信 道信息改善系统性能是当前一个研究热点：不需要信道估计的盲算法也是重要的 课题。同时，基于有限反馈的m i m o 系统也是目前的研究热点之一。文献 4 5 郴j 分 析了基于不同的反馈信道信息可以实现的系统容量。 最初的m i m o 系统研究集中在单用户系统上，目前的研究已经转向多用户 m i m o 系统。实际的蜂窝系统是基站与多个移动台通信，即多用户m i m o 系统。该 系统除面临与单用户m i m o 系统相同的实现障碍外，又因在其下行链路中，任何 一个用户的接收信号中都包含了基站发送给所有用户的信号，从而产生了多用户 干扰( m u i ) 。