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多用户MIMO-OFDMA系统下行链路机会波束成形技术研究

作　者: 刘姗
导　师: 杨维
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线通信多用户通信多输入多输出正交频分多址机会波束成形调度算法反馈算法
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

下一代无线通信系统对数据速率和频谱效率提出了更高的要求。OFDM技术因其可以有效地对抗多径传播所造成的符号间干扰,已成为未来高速无线通信的关键技术之一；MIMO技术能够在不增加系统带宽和改变系统功率要求的情况下增加频谱效率,有效提高系统的数据传输速率和信道容量,受到了极大的重视。在多用户通信中,OFDMA系统可以利用多用户分集,进行灵活的信道资源分配,并且接收机简单,已经被几种现代无线通信系统所采纳；多用户MIMO技术能够充分利用空间维度的无线资源,作为其线性传输方案之一的机会波束成形技术能够利用衰落信道的扰动,采用多用户分集调度提升系统吞吐量。多用户MIMO技术和OFDMA技术相结合的多用户MIMO-OFDMA系统解决方案,在提高无线链路的有效性和可靠性方面具有巨大潜力,是B3G系统的一种解决方案。将机会波束成形技术应用于该方案的下行链路,对于充分利用空间维度的无线资源,改善小区边缘的性能,具有重要的意义。本文研究多用户MIMO-OFDMA系统下行链路中的机会波束成形方案,构建方案模型。针对该系统中调度公平性和反馈开销大的问题,分别设计并仿真实现调度和反馈算法。工作内容包含以下几个方面。构建单小区多用户MIMO-OFDMA系统下行链路中的机会波束成形方案,提出可扩展方案模型。分析出该方案在系统设计的时候需要考虑的3个问题：充分利用空间自由度,应对用户数较少情况以及调度和反馈设计思路。该部分为后续的算法设计和研究扩展奠定基础。基于上述方案,研究分簇OFDMA系统中机会波束成形的调度算法。提出一种基于权重轮询调度算法WRR(Weighted Round-Robin),较之经典的RR、PFS、MCI算法,采用WRR调度算法系统可通过改变权重系数来实现不同的调度策略,在保证系统吞吐量和用户间公平性的同时,满足了不同业务的QoS要求。在提供多业务类型接入服务的未来无线通信网络中,WRR算法具有一定的实用性。基于上述方案,研究多用户MIMO-OFDMA系统中多波束机会波束成形的反馈算法。提出基于子载波分簇的6种反馈算法并通过仿真进行比较和分析,进而针对反馈量随用户数增长的弊端,提出一种基于门限的反馈算法TBF(Threshold Based Feedback),该算法的反馈总量随着用户数的增长而趋于一个较小的恒定值,在实际系统中,具有一定的实用价值。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-23
  1.1 移动通信的发展趋势  11-13
  1.2 移动通信的关键技术  13-21
    1.2.1 OFDM技术概述  13-17
    1.2.2 MIMO技术概述  17-20
    1.2.3 机会波束成形概述  20-21
  1.3 选题意义  21
  1.4 论文的主要内容和体系结构  21-23
2 机会波束成形技术的研究  23-40
  2.1 机会波束成形的引入  23-30
    2.1.1 机会通信  23
    2.1.2 多用户分集  23-25
    2.1.3 机会波束成形系统  25-30
  2.2 机会波束成形的性能分析  30-36
    2.2.1 慢衰落  30-32
    2.2.2 快衰落  32-36
    2.2.3 性能总结  36
  2.3 机会波束成形的研究现状  36-37
  2.4 机会波束成形在实际应用中的优势  37-39
  2.5 本章小结  39-40
3 多用户MIMO-OFDMA系统下行链路机会波束成形方案  40-52
  3.1 多用户MIMO-OFDMA系统下行链路  40-44
    3.1.1 OFDMA系统  40-42
    3.1.2 单用户MIMO-OFDM系统下行链路  42
    3.1.3 多用户SISO-OFDMA系统下行链路  42-43
    3.1.4 多用户MIMO-OFDMA系统下行链路  43-44
  3.2 多用户MIMO-OFDMA系统中机会波束成形方案模型  44-48
  3.3 多用户MIMO-OFDMA系统中机会波束成形设计考虑  48-51
    3.3.1 空间自由度的充分利用  48-49
    3.3.2 用户数较少时的应对  49
    3.3.3 调度和反馈设计  49-51
  3.4 本章小结  51-52
4 分簇OFDMA系统单波束机会波束成形调度算法  52-66
  4.1 系统模型  52-54
  4.2 反馈策略  54-55
  4.3 经典调度算法  55-59
    4.3.1 MCI算法  55-56
    4.3.2 RR算法  56-57
    4.3.3 PFS算法  57-59
  4.4 基于权重轮询的WRR算法  59-61
  4.5 仿真结果与分析  61-65
  4.6 本章小结  65-66
5 MIMO-OFDMA系统多波束机会波束成形反馈算法  66-84
  5.1 系统模型  66-68
  5.2 调度策略  68-69
  5.3 基于子载波分簇的反馈算法  69-77
    5.3.1 6种反馈算法  70-72
    5.3.2 算法比较  72-74
    5.3.3 仿真结果与分析  74-77
  5.4 基于门限反馈的TBF算法  77-82
    5.4.1 反馈概率和调度中断概率  77-78
    5.4.2 平均资源利用率  78-79
    5.4.3 门限选择  79
    5.4.4 反馈量分析  79-80
    5.4.5 仿真结果与分析  80-82
  5.5 本章小结  82-84
6 总结与展望  84-86
  6.1 论文工作总结  84-85
  6.2 研究工作展望  85-86
参考文献  86-88
作者简历  88-90
学位论文数据集  90

多用户MIMO-OFDMA系统下行链路机会波束成形技术研究

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