结合空时分组码和机会调度的多用户MIMO系统容量分析.pdfVIP

第46卷第6期上海交通大学学报VoI．46NO．6

2012年6月JOuRNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYJun．2O12

文章编号：1006—2467(2012)06—0876—06

结合空时分组码和机会调度的多用户

MIMO系统容量分析

吴华明，苏雁泳

(哈尔滨工业大学通信技术研究所，哈尔滨15OO8O)

摘要：为了充分利用多用户多输入多输出系统(MU—MIMO)中固有的多用户分集，采用机会调

度方案，同时为了有效利用空间分集增益和编码增益，应用空时编码理论抵抗多径衰落和提高系统

的性能．在瑞利信道下给出了一种结合空时分组码和机会调度的方案并对其进行了容量分析．基于

多项式展开的方法，推导了理想和非理想信道估计时的信道容量的封闭表达式、上界值以及高信噪

比和低信噪比时的渐近表达式，并分析了不同信道估计时的容量比．此外，分析了基于空间和多用

户分集的遍历容量改善．通过相应的数值计算和蒙塔卡罗仿真很好地验证了理论分析的正确性，并

表明：多用户分集提高了该方案的性能，而信道估计误差的存在却引起了信道容量的损失；在不同

信噪比区域，遍历容量可用相应的渐近表达式来近似．

关键词：多输入多输出；空时分组码；机会调度；遍历容量；多用户分集

中图分类号：TN929．5文献标志码：A

CapacityAnalysisofOombiningSpace—TimeBlockCodesand

OpportunisticSchedulinginMU-MIMOSystems

WUHua—ming。SUYah—yong

(CommunicationResearchCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，China)

Abstract：InordertoutilizethemultiuserdiversityefficientlyinmultiuserMIMOsystems，employingop—

portunisticscheduling(OS)andinthemeantime，toutilizethespatialdiversitygainandcodinggaineffec

tively，thetheoryofspace—timeblockcodes(STBC)wasapplied，whichcouldresistthemulti—pathfading

andimprovetheperformanceofsystems．Thus，anovelschemethatcombiningSTBCandOSwaspresen—

tedanditscapacitywasanalyzedunderRayleighchannels．Throughthedirectwaybasedonpolynomial

expansion，ergodiccapacityexpressionsoverMIMORayleighchannelsunderperfectandimperfectchannel

estimationwerederivedforseveralcases：theexactclosed—form，asymptoticexpressionsforhighandlow

SNRregions，andmoreover，thecapacityratiobetweenperfectandimperfectCS1wasanalyzed．Besides，

capacityimprovementsbasedonMUDandSDwereanalyzed．Thecorrectnessoftheoretiea1analysiswas

verifiedbythecorrespondingnumericalandMonta—Carlosimula