室外多用户协作MIMO系统关键技术研究

As a key technology of 4G systems, Outdoor Cooperative MIMO communication systems has been a hotspot to in wireless comunication.With the number of relays and users increasing, the tansinformation of transpoints must be sharp rising, and cooperative beamforming algorithms will be became more and more complicated. Meanwhile, the co-channel interference among users will be extremely serious, which becomes the bottleneck of Cooperative MIMO systems. In order to solve the promblems mentioned above, this paper proposes three creative ideas. The first one focuses on reducing the exchange of channel state information from users. The innovative point is that, based on satellite navigation positioning information assistant, the cooperative communication can exchange less information among users and beamform with lower complexity algorithm. The second poses that, on account of the exchange information is effective, a new algorithm of reducing interference among users is offered based on the minimal signal leakage criterion， which can break through communication bottleneck in multi-user systems. Finally, a Doppler Correction algorithm is suggested, which is used in high-speed mobile enviroment. The first two ideas closely coodinate with each other, which can overcome the difficulties of Outdoor Cooperative MIMO systems, and catch a new way for satellite positioning systems to assistant wireless communication.

室外协作MIMO通信是目前无线通信系统研究的热点，是第四代移动通信标准的关键技术之一。然而协作MIMO系统中的中继和用户数目的增加，将导致传输点间交互的信道信息量的激增，以及协作波束赋形算法复杂度的显著提高,并且将使用户间的干扰问题更为突出。上述问题已成为制约协作MIMO系统发展与应用的瓶颈。为了解决以上问题，本项目拟采用以下三种创新性思路：一是致力于减小协作系统中的节点间的信道状态信息交互，创新性的提出基于卫星导航定位辅助信息的协作MIMO通信系统技术，研究一种交互信息量少，且低复杂度的波束赋形算法。二是在信息交互有效的基础上，提出基于发送信号泄漏最小准则的抑制用户间干扰的算法，突破多用户系统中的通信瓶颈。三是提出了在高速运动环境中纠正大多普勒频移的新思路。本项目中前两种思路关系密切，其互相配合，可克服室外协作通信难点，为卫星定位系统辅助无线通信开辟一条新途径。

室外协作MIMO通信是是无线通信系统研究的热点，是第四代移动通信标准的关键技术之一。协作MIMO系统中的涉及用户数目的增加、交互的信道信息量的激增，及波束赋形算法复杂度高等问题。为了进一步明确研究点，本项目最终选择以无人机为载体，无人机协作MIMO通信为室外协作MIMO通信的一个典型的模型。，本项目的研究：一是致力于减小协作系统中的节点间的信道状态信息交互，基于卫星导航定位辅助信息的协作MIMO通信系统技术，研究一种交互信息量少，且低复杂度的协作算法。二是在信息交互有效的基础上，提出基于MIMO技术的协作数据传输算法算法，突破多无人机远距离的通信瓶颈。三是提出了在高速运动环境中纠正大多普勒频移的思路。.本项目主要完成了三部分内容：.1.研究基于北斗/GPS卫星导航的定位算法，并研制其原理样机；.卫星导航系统会改变人的生活、生产方式，GPS系统应用已经非常广泛，而北斗与GPS双模定位正在如火如荼的研究，双模系统间数据融合也是卫星导航发展的趋势。项目组针对双模定位的信号级融合算法进行了研究，并提出了相关的卡尔曼融合算法，研制了相关原理样机。.2.研究基于卫星定位信息辅助的无人机协作方式；. 大型无人机尺寸较大，载荷量大，可以直接安装通信设施。但是较小无人机，要实现对地的高速数据传输，可以通过相互协作来实现。实现无人机的编队飞行和阵形变化没有位置信息是不可能的，所以研究卫星定位信息辅助无人机协作是非常必要的，而项目组对卫星导航定位关键技术的研究为此奠定了基础。.3.研究室外飞行器，如无人机的协作MIMO高速数据传输技术；. 无人机的空地通信是室外无线通信的一种，大型无人机可以安装多个天线，与地面站组成一个MIMO传输系统，实现高速数据传输。而小型无人机没法安装多个天线，所以要实现无人机MIMO高速数据传输，必须通过多个无人机协作，组成小型编队，实现分布式MIMO传输的方式。在这些方面我们做了很多工作，并实现了大型无人机的MIMO传输原理样机。.4.研究无人机协作抗干扰通信技术。. 小型无人机在卫星导航系统提供的位置、速度、姿态、时间等信息，引导无人机形成编队，通过阵形变化和相应信号处理算法的选择，实现信号的定向传输，减少能量泄漏，使得接收端接收信号能量最大，同时也就实现了抗干扰的通信能力。