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1、 分类号 密级 UDC注 1 学 位 论 文 多用户多用户 MIMO 广播广播信道信道波束赋形与波束赋形与能效分析能效分析 （题名和副题名） 刘刘 黎黎 （作者姓名） 指导教师姓名 李少谦李少谦 教授教授 电子科技大学电子科技大学 成都成都 （职务、职称、学位、单位名称及地址） 申请学位级别 硕士硕士 专业名称 通信与信息系统通信与信息系统 论文提交日期 2014.04 论文答辩日期 2014.05.27 学位授予单位和日期 电子科技大学电子科技大学 2014 年年 6 月月 28 日日 答辩委员会主席 胡剑浩胡剑浩 评阅人 年 月 日 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号MULTIUSE
2、R MIMO BEAMFORMING AND ENERGY EFFICIENCY ANALYSIS FOR BROADCAST CHANNEL A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Communication and Information Systerms Author: Li Liu Advisor: Professor Shaoqian Li School: National Key Laboratory of Science and Tec
3、hnology on Communications 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文
4、中作了明与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。确的说明并表示谢意。 签名：签名： 日期：日期： 年年 月月 日日 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用
5、影印、缩印或扫描部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）解密后应遵守此规定） 签名：签名： 导师签名：导师签名： 日期：日期： 年年 月月 日日摘 要 I 摘 要 伴随着无线移动通信技术的快速发展，人们对能够进行及时可靠的移动通信需求愈加显著。而有限的频谱资源、能量资源又制约着这一诉求，因此，不断提高频谱利用效率和能量利用效率显得愈加迫切。 波束赋形技术在提升 MIMO 无线通信系统容量、抑制干扰，进而提升系统频谱效率方面有着重要的促进作用。目前，该技术已经
6、被写入 3GPP 协议。 波束赋形技术通过对发射信号和接收信号进行必要的处理，使得信干噪比显著增加，以此提升系统容量和抑制干扰。这种技术也可以看做是对发送信号的空间滤波：通过在发射端设计发射矩阵，使得信号在尽可能的对准期望用户的前提下，再尽可能的减少对其它用户的干扰；通过在接收端设计接收矩阵，使得尽可能的提升期望信号功率，同时抑制干扰信号功率。在完成波束赋形矩阵设计后，对功率进行合理有效的分配也是提升系统频效和能效的关键技术之一。一方面，提升发射信号功率，可以有效的提高系统容量，但是在发射信号功率增加到一定程度后，频谱效率和能量效率不会再随着功率的提升而增加。另一方面，本着节能减排的思想，系统
7、功耗当然是越小越好。 结合波束赋形技术，在此基础上研究系统能量效率，设计合理的功率分配协方差矩阵以期提高系统能量效率，这是值得研究和分析的。在设计接收端和发射端的波束赋形矩阵时，完整的信道信息对其性能有着极其重要的作用。但是在实际通信系统中，获取完整的信道信息比较困难，因此，如何在不完整信道信息情况下设计波束赋形矩阵也是值得研究的。 本文针对多用户 MIMO 技术中的波束赋形技术， 能效优化方面的问题进行了如下研究： 第一章介绍本文研究的意义、 广播信道下的多用户 MIMO 波束赋形技术以及能量效率的研究现状。 第二章介绍波束赋形技术、能量效率优化的常见研究方式方法，介绍本文所需的数学优化理论
8、，建立系统传输模型、功耗模型等等。 第三章提出了两种新的波束赋形算法，分别是基于信号空间维度波束赋形算法和基于空间距离波束赋形算法。针对这两种算法，我们给了发射端和接收端波束赋形矩阵的闭式解，并且结合波束赋形算法，分析了能效优化的功率分配。最后给出了仿真分析。 摘 要 II 第四章研究分析了信道信息不完整情况下的基于空间距离和基于信号空间维度算法的波束赋形矩阵设计，以及对能量效率的影响。 第五章总结全文，简述下一步研究工作。 关键词：关键词：多用户 MIMO，波束赋形，广播信道，能量效率，功率分配 Abstract III ABSTRACT Along with the rapid devel
9、opment of wireless mobile communication technology, reliable and efficient mobile communication becomes more and more significant to human beings. Limited spectrum resources, energy resources place restrictions on the appeal of communication; therefore constantly improving spectrum efficiency and en
10、ergy efficiency become even more imminency. Beamforming plays an important role in improving the capacity of MIMO wireless communication systems, suppressing interference, thus improving the spectral efficiency of the system. Now, the technology has been written into 3GPP protocol. With necessary si
11、gnal-processing of the transmitting antenna and receiving antenna, beamforming algorithm can improve SINR and suppress interference. Beamforming technology can also be seen as the transmission signal spatial filtering. Multiplying transmitting signals from left by a transmitting beaforming matrix, a
12、nd multiplying receiving signals from left by another receiving beaforming matrix, the desired signal power of receiving side can be enhanced while interference signal power being suppressed. After designing the beamforming matrix, how to conduct a reasonable and effective allocation of power is als
13、o one of the key technologies to enhance the efficiency of the system frequency and energy efficiency. On the one hand, improving the power of the transmission signal, can effectively improve the system capacity and the transmit signal power, but to a certain extent, the spectral efficiency and the
14、energy efficiency may not be increased as the power enhancement. On the other hand, in the spirit of energy saving ideas, system power must be controlled. Combining beamforming technology, for the purpose of improving energy efficiency, researching on the rational design of power distribution sub-co
15、variance matrix is worth to analysis. In the design of the receiver beamforming matrix and the transmitter beamforming matrix, the complete channel information on its performance has an extremely important role. However, in practical communication systems, taking a complete channel information is difficult, and therefore how to design beamforming matrix is also worthy of study in t
