2D到3D-MIMO用户配对资源管理

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随着宽带无线技术的迅猛发展,在过去几十年中,移动通信系统正朝着宽带、高速、大容量、多业务和低成本的方向飞速发展。国际电信联盟也正式通过了将增强的长期演进系统(LTE-A)和802.16m技术规范确立为未来移动通信系统(IMT-Advanced)国际标准的议题,多用户多输入多输出(MU-MIMO)通过扩展空间的传输维度而成倍地提高信道容量,被多种无线通信标准广泛采纳。联系实际应用场景,不同用户所处信道条件不同,针对多用户的调度选择和资源分配算法研究,成为了制约MU-MIMO系统性能的关键因素。同时,复杂度和反馈开销是满足多用户MIMO技术优点所付出的代价,这就需要在MU-MIMO性能、用户选择复杂度和反馈开销之间找一个折衷点。此外,现阶段MU-MIMO技术主要利用水平方向自由度来动态调整发送信号,充分发掘空间三维自由度,也是影响整体性能的关键因素。因此,研究2D MU-MIMO性能折中以及3D-MIMO用户配对方案设计就是一个非常有意义的方向。本论文基于这一背景,重点研究LTE-A系统中2D和3D-MIMO配对用户对系统性能的影响,并基于信道状态信息提出相应的折中解决方案。论文主要内容包括:首先,总结并评估了2D MU-MIMO系统中几种用户配对方案。采用基于时间驱动的系统级仿真方法,仿真评估了LTE-A R10系统中各用户配对方案的系统性能,总结了各种配对算法的适用场景,并进行了配对算法的可行性分析。其次,论文详细分析了多用户配对。得出了影响多用户系统整体性能的三个主要原因为:1)低SINR用户配对;2)用户Rank的自适应性;3)反馈开销。在2D场景下,论文通过对预编码码本子集的划分,研究预编码码本对配对用户选择的作用,分析反馈开销对系统的影响。同时,提出了PMI&RI用户配对算法。通过仿真分析,我们得出结论:基于PMI&RI指示的多用户配对算法,能够在系统吞吐量和反馈开销两方面取得较好的折中。然后,论文进一步分析3D-MIMO场景的多用户配对方案,首先分析了3D-MIMO信道环境特征。针对3D信道场景,设计出了基于全维度MEMO信道的3D码本。在3D码本的基础上,提出了3DMU-MIMO的用户配对算法。通过系统级仿真,评估了基于3D码本的用户配对算法,在复杂度,反馈开销,配对比例方面与之前的2DMU-MIMO用户配对方法进行比较分析。仿真结果表明,基于3D-MIMO的多用户配对能够有效利用竖直方向空间自由度,提高系统频谱效率。论文最后对全文进行了总结,并指明了多用户MIMO今后的研究方向。
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