题目：多基站协作通信系统信道获取的若干问题研究

无线多媒体业务的快速增长对无线蜂窝通信系统传输容量的要求迅速增高，但是小区间干扰是同频蜂窝系统中制约系统容量提升的瓶颈。多个基站协作进行传输能够有效解决同频蜂窝系统内的小区间干扰问题，但是基站协作传输需要获得协作区域内多用户的所有信道信息。本文分别针对时分双工（Time Division Duplexing, TDD）和频分双工（Frequency Division Duplexing, FDD）多基站协作传输系统研究了信道信息的获取方法，分析了信道误差的影响和信道获取所需要付出的开销。在TDD系统中，若基站多天线可以理想校准，那么信道上、下行具有互易特性，系统可以通过在上行传输过程中令用户发送训练序列，以使基站估计得到用户至基站间的信道。本文针对多天线理想校准的TDD多基站协作传输系统，研究了当多小区多用户的训练序列不正交时，最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）估计和最小二乘（Least Square, LS）估计的性能，并研究了信道估计误差和信道延迟误差对多基站协作传输性能的影响。理论分析表明，LS估计对用户非正交训练序列非常敏感，由于多基站协作系统中信道能量的非对称性，MMSE估计对小区间非正交训练序列具有鲁棒性。仿真结果表明，若采用MMSE估计，即便小区间用户的训练序列不正交，基站协作传输也能实现较好的性能。在FDD系统中，由于系统的上、下行信道不满足互易特性，因此需要在下行传输过程中首先由用户估计得到下行信道，再将估计得到的下行信道通过上行传输反馈回基站。本文针对采用单小区信道量化码本的FDD多基站协作传输系统，分别研究了多小区信道量化码本设计，码字选择和获取信道所需要付出的反馈开销。在采用单小区信道量化码本的FDD多基站相干协作传输系统中，本文在用户反馈比特数固定的条件下，研究了如何根据用户大尺度信道能量为不同基站间信道的码本分配比特以最小化用户全局信道量化误差。基于用户估计数据率最大的准则，提出了一种适用于任意用户天线数和用户数据流数场景的码字选择准则。为了降低最优码字选择的复杂度，提出了一种低复杂度的串行码字选择方法。仿真结果表明，所提出的比特分配方法的性能优于传统等比特分配方法的性能，串行码字选择方法能够以非常低的复杂度实现近最优的性能。在FDD多基站相干协作传输系统中，用户需要反馈其与多个协作基站间的信道信息，本文研究了令用户达到其性能需求所需要的最小信道量化比特数，分析了不同的系统参数、信道参数和用户参数对反馈比特数的影响。分析和仿真表明，若能够根据协作基站数、基站天线数、小区边缘信噪比、用户性能需求以及用户信道大尺度衰落为用户分配反馈比特数，并根据用户的信道能量非对称性分配用户与不同基站信道的码本大小，可以大幅度降低用户量化信道所需的反馈比特数。在FDD多基站相干协作传输系统中，考虑到不同用户反馈信道所需比特数随性能需求而变化，本文研究了当多用户采用上行空分多址传输方式反馈信道时，所有用户完成信道反馈时系统需要付出的最小反馈资源，并分析了不同系统参数、信道参数和用户参数对反馈资源的影响。分析和仿真表明，若能够利用多基站的多天线资源采用上行空分多址传输方式反馈信道信息，并且能够根据系统和用户参数调整每个用户反馈信道时的数据率，那么可以大幅度降低系统反馈信道所需要付出的资源开销。