新一代移動通信系統(tǒng)中預編碼技術的研究.pdf

1、新一代移動通信系統(tǒng)對頻譜有效性和功率有效性提出了更高的要求。能有效改善系統(tǒng)性能或顯著提高系統(tǒng)容量的MIMO技術，能有效克服多徑衰落，提高傳輸速率的OFDM技術，以及能改善系統(tǒng)容量和擴大覆蓋范圍的中繼技術，將很有希望成為新一代移動通信系統(tǒng)架構中的關鍵技術。應用于MIMO系統(tǒng)的預編碼技術作為提高無線通信系統(tǒng)頻譜效率的關鍵技術近年來獲得了研究者的廣泛關注。本論文主要研究了MIMO通信系統(tǒng)、MIMO-OFDM通信系統(tǒng)，以及中繼增強型MIMO通信

2、系統(tǒng)中的預編碼技術。本論文主要獲得了以下幾點成果：
　　 1.研究了多用戶MIMO通信系統(tǒng)中的有限反饋預編碼方案。針對多用戶MIMO下行通信鏈路中的同信道干擾問題，分別就單數(shù)據(jù)流情況和多數(shù)據(jù)流情況，給出了相應的基于接收機輸出端信漏噪比的有限反饋預編碼方案。該方案符合實際無線通信系統(tǒng)的需求，解決了上下行信道不具有互易性，反饋信道頻譜資源的限制問題，不僅可以有效避免迫零有限反饋預編碼方法存在的發(fā)送端和接收端的天線數(shù)限制問題，而且在接

3、收端成功避免了噪聲放大問題。相較于迫零的有限反饋預編碼方案，該方案可以獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。
　　 2.研究了MIMO-OFDM系統(tǒng)中的有限反饋預編碼方案。針對MIMO-OFDM系統(tǒng)發(fā)射預編碼的實現(xiàn)需要知道所有子載波上的信道狀態(tài)信息，但由于OFDM系統(tǒng)子載波數(shù)較大，如果在各個子載波上都反饋信道信息，反饋量太大的問題，在采用碼本有限量化反饋信道有用信息降低反饋量的基礎上，提出了兩種僅在部分子載波上有限反饋信道有用信息，內(nèi)插重構其他

4、子載波上的信道有用信息，進而對所有子載波進行MIMO預編碼的MIMO-OFDM系統(tǒng)有限反饋預編碼方案。單用戶情況，兩種方案都獲得了不錯的系統(tǒng)容量性能。
　　 3.研究了MIMO時變信道下的有限反饋預編碼方案。提出了一種新穎的適用于MIMO時變信道環(huán)境的有限反饋預編碼方法。該方法利用子空間跟蹤算法自適應跟蹤時變信道的發(fā)射預編碼矩陣，同時結合Jacobi迭代算法有效降低了有限反饋預編碼的反饋量。該方法在AR1時變信道模型，以及更實際

5、的Jake’s時變信道模型下的跟蹤性能得到很好的驗證。
　　 4.研究了單中繼通信系統(tǒng)中的有限反饋中繼預編碼方案。在完全已知信道狀態(tài)信息情況，針對不同的設計準則，給出了兩種中繼預編碼矩陣的最優(yōu)設計方案。利用基站與中繼站間的通信信道非時變、確定已知的特性，同時利用向量量化中的壓擴量化技術，在Grassmannian碼本的基礎上給出了中繼預編碼碼本的新的設計方案。新碼本有限反饋中繼預編碼方案的系統(tǒng)性能隨著反饋比特數(shù)的增加接近完全反饋

6、下的系統(tǒng)性能，且在相同反饋比特數(shù)下的系統(tǒng)容量和誤碼率均明顯優(yōu)于將傳統(tǒng)MIMO通信系統(tǒng)中的Grassmannian碼本或隨機碼本直接應用于中繼預編碼的有限反饋方案。
　　 5.研究了單用戶多中繼通信系統(tǒng)中有限反饋量化誤差補償?shù)腗MSE中繼預編碼方案。為了補償量化誤差對中繼預編碼設計的影響帶來的系統(tǒng)性能的降級，我們提出將Grassmannian碼本量化誤差的統(tǒng)計特性引入中繼預編碼的設計，給出了單用戶多中繼系統(tǒng)下兩種有限反饋量化補償?shù)?/p>

7、MMSE中繼預編碼方案，并分別給出了中繼預編碼矩陣的閉合表達式。第一種方案是QoS要求下量化誤差補償?shù)闹欣^預編碼與接收均衡MMSE兩步優(yōu)化算法；第二種方案是在前一種方案基礎上提出的中繼和功率約束下量化誤差補償?shù)闹欣^預編碼與接收均衡MMSE聯(lián)合優(yōu)化算法。所提量化補償?shù)腗MSE中繼預編碼方案相比沒有采用量化補償?shù)闹欣^預編碼方案獲得了一定的性能增益。
　　 6.研究了多用戶多中繼MIMO通信系統(tǒng)中的預編碼方案。針對多中繼MIMO通信系

8、統(tǒng)多用戶傳輸時的用戶間干擾問題，提出了一種可以有效抑制多用戶干擾的發(fā)射端與中繼端迭代預編碼的方案。該方案首先在中繼端進行多中繼聯(lián)合的迫零預編碼，然后將基站與多用戶之間等效為一個點到多點的MIMO信道，采用最大化信漏噪比的預編碼方法，在發(fā)射端進一步消除用戶間的干擾，同時避免了噪聲放大的影響，進而通過中繼端預編碼與發(fā)射端預編碼的多次迭代，更好地保持了多中繼并行傳輸引入空間分集所帶來的性能優(yōu)勢，有效地抑制了用戶間干擾，獲得了更高的系統(tǒng)和容量。

9、
　　 7.研究了多中繼MIMO通信系統(tǒng)中基于有限反饋的多用戶調(diào)度方案。針對實際系統(tǒng)中，所有中繼和移動終端不可能已知全部信道信息的情況，首先提出了一種更為實際的中繼有限反饋預編碼方案，該方案僅需要中繼節(jié)點通過有限反饋獲知其本身和用戶間的信道信息，避免了中繼間的通信。進而針對多用戶線性預編碼對于信道信息量化誤差很敏感的問題，結合多用戶調(diào)度技術，設計了兩種應用于多中繼MIMO通信系統(tǒng)的基于碼本的多用戶調(diào)度方案。一種為多中繼系統(tǒng)下基于