利用位置信息的MIMO系统有限速率反馈技术研究

MIMO系统有限速率反馈技术在未来无线通信系统的自适应传输和资源分配中起着桥梁作用，如何设计一个好的、低反馈量的码本是近年无线通信领域学术界和工业界共同关注的焦点和研究热点之一。本课题首先从MIMO信道由发射系统、空间传播信道和接收系统复合而成的物理本质特性出发，研究一种新颖的分层码本设计方法。该码本能够利用位置信息进行码本选择，并显著降低系统的反馈量；其次，我们利用用户上行链路信息对其进行无线定位，然后将上行链路测量的位置信息转化为解决下行链路多用户MIMO系统中用户分组和调度问题。通过合并分层码本中的公共码本，以解决宽带多用户MIMO系统中多用户调度和信道信息反馈量大的难题；最后，我们将利用一个已有的分布式MIMO试验平台开展MIMO复合信道及分层码本性能测试工作，为理论研究的改进奠定基础。

经过3年的课题研究，我们分别在MIMO信道建模、混合信息无线定位技术、利用位置信息的MIMO系统有限速率反馈技术和宽带多天线试验系统四个方面取得了一定的研究进展和部分技术突破。.首先，我们根据射线追踪原理分析并建立了发射、路径传播、接收信号的角度、强度、时延三维数学模型，然后用VC++ OpenGL语言仿真了MIMO信道，供各种无线定位算法测试用。.其次，充分利用MIMO系统的接收到达角、信号时延和多普勒信息，提高移动台的定位精度。基于这些测量信息的定位方程组是高度非线性的，为了解决这一问题，我们提出了一种基于加权平均的网格搜索算法，该方法集中了约束优化和概率分布的优点。仿真结果表明，该方法能获得比现有的各种定位方法定位精确高。.第三，本课题的研究重点集中在利用位置信息的MIMO系统有限速率反馈技术。解决的第一类问题是高速铁路系统的宽带通信问题，由于高速列车的运动轨迹确定，我们提出了一种基于位置反馈与预测的闭环波束形成方法。利用移动用户的运动轨迹信息，解决了因用户高速运动、反馈延迟造成传统波束形成系统性能下降的问题，同时大大降低了闭环波束形成系统所需的反馈量。因为反馈的位置信息需要量化，我们提出了一种位置码本设计方法，帮助实现发射端对接收端实时位置的精确预测，提高了位置反馈信息预测波束形成的性能。.拓展到更一般的移动通信场景，我们研究了两种利用位置信息的调度技术。第一种调度方案将移动台的位置信息转化为基站到各个移动台之间的距离信息，仅通知距离基站较近的几个用户计算各自的SINR值，并反馈回基站端，最后根据最大SINR进行调度。当系统中用户数比较多时，采用该调度方案可以有效降低反馈开销及计算复杂度。第二种调度方案首先在基站建立“位置―信道状态信息”数据库，其次，基站对其周围所有活跃用户进行定位，然后从“位置―信道状态信息”数据库中获得所有用户的信道状态信息。根据所有用户的信道状态信息，我们采用了基于最大SINR的多用户调度方法。采用该调度方法不再需要占用系统带宽进行反馈信息的传输。数值仿真表明，该调度方法能取得与基于无误差反馈的多用户调度方法相近的吞吐量性能。.最后，采用软件无线电的设计思想，我们研制了一套中频带宽100MHz C波段收发机、宽带任意波形产生基带模块和高速数据采集模块，可以完成各种场景下的多天线通信系统性能测试与验证。.课题研究取得的成果为国际刊物文章