闭环多天线系统中多用户传输理论与技术研究

随着多天线技术的出现，基于新型多天线传输模式的多用户通信理论和方法得到了广泛地研究。下一代宽带无线通信标准IMT-Advanced对系统性能提出了更高要求，因此适用于该实际传输机制的多用户传输理论和技术优化还有待进一步寻求技术突破。本课题拟基于多天线多用户通信模型，针对闭环反馈链路有限速率特点和发送端非高斯分布信源两方面的非理想因素来开展新型多用户传输理论研究。针对基于闭环反馈的多用户复用方案，通过重点研究各种非理想因素，包括非理想高斯分布输入源、非理想信道估计和反馈链路特性等对多用户系统性能的影响，解决非理想因素下多用户信道容量界，提出自适应多用户传输和鲁棒性预编码设计方案。同时，进一步推广研究这些非理想因素对新型中继增强和多小区协作多用户网络的影响，有效解决实际多点协作通信中的信道可达容量问题和多点网络资源调度问题。研究成果将为未来宽带无线通信系统提供理论和技术支撑。

本自然科学基金课题主要是围绕多用户MIMO系统传输理论与技术进行研究，综合考虑系统中的各种非理想性因素包括有限反馈、信道估计、反馈时延等，分析其对系统性能的影响，并设计相应的鲁棒性传输方法。课题成果包含公开发表学术论文29篇，其中SCI论文14篇，有8篇论文发表在国际著名期刊IEEE Transactions/Letters上。项目成果申请国家专利9项，获得国家专利授权2项，申请国际PCT专利1项。具体而言，课题首先针对经典多用户广播信道场景进行研究，针对非理想信道信息的影响，从理论上刻画了系统的性能并设计了鲁棒性的收发联合优化方法。特别针对多用户干扰抑制的需求，提出采用系统前一传输帧内的接收向量作为附加信息，帮助系统进行收发端的联合多用户传输方案优化，有效的提高了系统获得的吞吐量。然后，课题着重从两种协作传输系统角度出发，分别针对中继协作多用户传输系统和多小区协作多用户传输系统研究其在非理想信道状态信息下的理论信道容量，并设计优化鲁棒性的传输方法。针对中继协作网络，课题从信道容量角度分析了中继系统的可达传输速率上界，分析了最优化系统容量上界的信道估计导频设计方案和信道量化带宽优化策略，并将相关成果进一步推广到了多天线终端等复杂场景，获得了良好的性能增益。针对多小区协作通信网络，课题分析了当实际系统中存在路径损耗、反馈链路延时、信道信息量化误差等非理想因素时，协作波束成形模式以及联合处理协作模式两种多小区协作模式能够达到的系统性能，并提出了自适应协作传输方法，获得了多小区协作传输的鲁棒性能增益。