协作多小区MIMO预编码研究

单位代码：10293密级：硕士学位论文论文题目：协作多小区MIMO预编码研究1010010209魏云珠宋荣方通信与信息系统无线数据与移动计算工学硕士二零一三年四月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期ResearchOnPrecodingforCooperativeMulti-cellMIMOChannelsThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByYunzhuWeiSupervisor:Prof.SongRongfangApril2013南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。I摘要在高密集度的无线网络中，干扰问题已经是抑制系统容量的一个关键因素。单小区技术会将小区间干扰（ICI）作为噪声处理，而多小区协作技术通过基站间的协作能够有效利用小区间干扰，提高系统性能。分布式预编码是一种更实际的解决小区间干扰的方法，该方法无需共享用户数据和多小区的全局CSI信息。分布式MIMO预编码方法有两个不同的基础策略：接收干扰已知预编码（RIAP），生成干扰已知预编码（GIAP）。本文首先对多小区MIMO协作系统的干扰对抗方式以及下行容量进行了研究，通过对采用多小区处理（MCP）系统容量与采用不同频率复用的单小区处理（SCP）系统容量进行数值模拟比较，说明协作处理对系统性能有很好的改善。此外，本文对RIAP和GIAP这两种基础策略进行了详细地研究，通过引进有效的信道矩阵来介绍RIAP和GIAP的标准表达方式、混合预编码方案以及一种切换机制。并对这些方案在多小区环境中的性能差异进行数值模拟比较，验证文中的切换机制切实有效。最后，本文深入研究了一种基于上下行链路对偶性理论的分布式虚拟SINR框架的DVSINR预编码和最优功率分配，验证了该预编码能够获得最优的复用增益。通过多种场景及功率分配策略下的数值数值模拟验证DVSINR预编码在所有的SNR条件下，都有优越稳定的性能表现，较分布式的最大比传输（MRT）和迫零（ZF）算法更实际有效。关键词：MIMO，多小区协作，预编码，分布式IIAbstractInawirelessnetworkofhighdensity,theinterferenceproblemisakeyfactorrestrictingthesystemcapacity.Inter-cellinterference(ICI)istreatedasnoiseinsingle-celltechniques.However,cooperativemulti-celltechnologycanuseICItoimprovesystemperformancebycooperationamongbasestations.DistributedprecodingmethodisamorepracticalsolutiontosolvethisproblemwithoutsharingtheglobalCSIandtheusers’data.DistributedMIMOprecodingincludestwobasicstrategies:receivedinterference-awareprecoding(RIAP),generatedinterference-awareprecoding(GIAP).Firstly,someinterferencemitigatingmethodsanddownlinkcapacityperformanceincooperativemulti-cellMIMOsystemareanalyzed.ThecapacityperformanceofMCPsystemandSCPsystemusingdifferentfrequencyreusefactorsarecompared.Thesimulationresultshowsthatcooperativeprocessingcanimprovethesystemcapacityperformance.Secondly,RIAPandGIAPschemesareanalyzedindetail.Thestandardexpressions,thehybridprecodingscheme,andaswitchingschemeofRIAPandGIAPareexplainedthroughtheintroductionofsomeeffectivechannelmatrices.TheperformanceofbothRIAPandGIAPareanalyzedandsimulatedinamulti-cellscenario.Thesimulationresultsshowthattheswitchingschemeinthischapteriseffectiveandefficient.Finally,adistributedvirtualSINRframeworkbasedontheuplinkanddownlinkdualitytheoryisanalyzedtodesignDVSINRprecodingschemeandaoptimalpowerallocationschemeisusedtoenhanceDVSINRprecodingperformance.DVSINRprecodingisprovedabletoobtainoptimalmultiplexinggain.NumericalsimulationsunderavarietyofscenariosshowthatDVSINRprecodingschemehasasuperiorperformancethandistributedMRTandZFprecodingatallSNRconditions.SoitcanbeconcludedthatDVSINRprecodingschemeismorepracticalandeffectivethanotherprecodingschemes.Keywords:MIMO,Cooperativemulti-cell,Precoding,DistributedIII目录专用术语注释表........................................................................................................................................................1第一章绪论..............................................................................................................................................................31.1现代移动通信系统.....................................................................................................................................31.1.1单天线移动通信系统......................................................................................................................31.1.2多天线技术......................................................................................................................................41.1.3多点协作技术..................................................................................................................................41.2MIMO系统概述与发展..............................................................................................................................51.2.1单用户MIMO系统.........................................................................................................................51.2.2多用户MIMO系统.........................................................................................................................51.2.3多小区MIMO系统.........................................................................................................................61.3预编码技术.................................................................................................................................................61.3.1预编码技术简述..............................................................................................................................61.3.2预编码技术原理及分类..................................................................................................................71.3.3预编码技术在无线通信中的应用...............................................................................................