多点协作多用户无线通信信道互易性错误条件下的通信方法研究

在单基站对单用户的系统中，时分双工模式最重要的优点之一就是基站能够利用同频带上下行信道的互易性获得下行信道响应，然后进行相应的自适应预编码，从而极大的提高系统的性能。但是在时分双工模式的多基站协作多用户通信系统中，由于参与通信的多个基站和多个用户均分布于不同的位置，同频带上下行信道的互易性特征发生了较大的变化，传统的天线校准方法已不能解决互易性错误的问题，传统的多天线预编码方法也不能有效的应用于这一系统。. 本项目拟针对时分双工多基站协作多用户通信的信道互易性错误特征，研究高效的反馈及预编码理论及方法，同时探索通过用户侧导频信号预处理来削弱信道互易性错误从而提升系统性能的方法。

本项目研究了时分双工(TDD)多基站协作多用户(MU-CoMP)通信的信道互易性错误特征，建立了定时同步互易性误差的数学模型，并证明了其正确性和有效性。基于该模型，通过矩阵分解和子空间投影，推导出了CoMP系统下行传输中信道互易性错误造成的用户速率损失的理论上界，分析了在不同系统参数下，此类互易性误差带来的下行预编码性能损失。. 针对MU-CoMP非理想定时同步产生的互易性错误及其造成的发射端信道信息误差，本项目推导出了两种典型传输模式的可达传输速率闭合表达式，在此基础上提出了多模协作多点传输算法，使协作多点传输自适应地在协作波束成形模式和联合处理模式之间进行切换，从而最大化用户平均可达传输速率。利用互易性错误二阶统计特性，本项目设计了非线性鲁棒预编码算法，通过优化非线性鲁棒预编码算法的连续干扰消除先后顺序，有效降低了该算法的平均误码率。. 本项目针对采用大规模MIMO基站的时分双工系统设计了基于总体最小二乘估计的基站天线校准算法。该算法以增加计算复杂度为代价，通过增加信道测量样本，克服了上下行信道估计误差对现有天线校准算法的影响，并通过瑞利商迭代求解降低了实现复杂度。此外，本项目以最大化各用户平均信泄噪比为目标，根据天线互易误差的统计特性，设计了对该误差具有鲁棒性的线性及非线性预编码算法，并通过减格辅助技术降低了扰动矢量求解复杂度，使其更适用于大规模MIMO系统应用，获得优于传统预编码算法的性能。. 在研究过程中，本项目获得了一些有价值的中间理论结果。本项目提出了利用信道状态信息(CSI)和信道质量信息（CQI）的相关性有效的压缩反馈负荷的预编码方法，获得较好的性能提升；此外，本项目还提出了一种在有限反馈条件下的“自私”预编码策略，在低反馈量和低复杂度的条件下获得系统容量的提升；本项目还得到了基于波束赋形的MIMO及CoMP预编码算法中赋形后各波束的信干噪比（SINR）概率分布特性，为各种正交波束赋形预编码方案的评估和设计提供了有效的工具；本项目推导出了干扰对齐预编码的和速率闭合式，利用Beaulieu序列的特征函数，推导出了在残余频偏和时偏条件下某些OFDM信号的误比特率闭合表达式，可用于评估各种OFDM系统中各种算法可能获得的实际性能，对于研究信道互易性错误条件下CoMP的性能具有实际指导意义。