無(wú)線多輸入輸出通信系統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)將提供比現(xiàn)有系統(tǒng)更高的傳輸速率、更好的傳輸質(zhì)量、更大的系統(tǒng)容量，并且能夠滿足多種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求。在頻譜資源有限，傳播信道惡劣的條件下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求非常高的頻譜利用率和鏈路可靠性。多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)能夠提供空間復(fù)用增益和空間分集增益，從而滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高要求，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
　　 預(yù)編碼技術(shù)是MIMO系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，發(fā)射端利用信道狀態(tài)信息(CSI)，通

2、過(guò)預(yù)編碼矩陣處理發(fā)射信號(hào)，以消除減少多天線或多用戶造成的共信道干擾(CCI)，保證數(shù)據(jù)的可靠接收。當(dāng)發(fā)射端已知精確的信道狀態(tài)信息時(shí)，即理想信道條件，預(yù)編碼的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于提高系統(tǒng)性能或者逼近系統(tǒng)容量；當(dāng)發(fā)射端只獲得部分信道狀態(tài)信息，即非理想信道條件時(shí)，預(yù)編碼的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮帶有誤差的信道信息，設(shè)計(jì)具有魯棒性能的方法。
　　 本文首先研究了在理想信道條件下預(yù)編碼的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)算法中是否包含非線性運(yùn)算，常用的預(yù)編碼算法包含線性設(shè)計(jì)和非

3、線性設(shè)計(jì)兩種方法。一般來(lái)說(shuō)，非線性技術(shù)比線性技術(shù)能獲得更好的性能，本文重點(diǎn)研究了非線性預(yù)編碼的設(shè)計(jì)方法，具體包括：第一，將格基規(guī)約思想應(yīng)用于預(yù)編碼中，介紹了格基規(guī)約的概念和三種具有多項(xiàng)式復(fù)雜度的實(shí)現(xiàn)算法，包括LLL算法，深度搜索LLL算法和Seysen算法，然后將這三種算法應(yīng)用于基于線性處理結(jié)構(gòu)和非線性處理結(jié)構(gòu)的預(yù)編碼系統(tǒng)中，對(duì)它們?cè)谶@兩種系統(tǒng)中的性能進(jìn)行分析和比較，給出了兩種系統(tǒng)下不同格基規(guī)約算法的性能曲線，總結(jié)出不同格基規(guī)約算法各自

4、適用的環(huán)境。第二，對(duì)基于格基規(guī)約算法的矢量預(yù)編碼進(jìn)行了研究，分析了基本的格基規(guī)約算法出現(xiàn)性能損失的原因，主要在于其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在量化誤差，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)實(shí)際量化誤差概率分布是有規(guī)律的，根據(jù)概率分布規(guī)律提出了一種可調(diào)量化誤差校正方法，不僅可以降低系統(tǒng)的誤碼率，使其接近球形譯碼算法的性能，而且減小了已有量化誤差校正方法的冗余計(jì)算量，降低了計(jì)算復(fù)雜度。第三，在已有的幾何均值分解結(jié)合矢量預(yù)編碼的方案上，提出進(jìn)一步擴(kuò)大預(yù)編碼擾動(dòng)矢量的取值范圍，使之

5、分為兩種情況，一是擾動(dòng)矢量中的元素為連續(xù)值，則擾動(dòng)矢量被接收端視為干擾；二是擾動(dòng)矢量中的元素為連續(xù)值和離散值之和，則擾動(dòng)矢量中的離散值可以通過(guò)模操作在接收端消除，而連續(xù)值仍視為干擾，在這兩種情況下，分別求解得到了最小均方誤差(MSE)意義下的最優(yōu)擾動(dòng)矢量。
　　 在實(shí)際傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端取得信道狀態(tài)信息的方法一般有兩種，對(duì)于頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，可以由接收端將信道估計(jì)結(jié)果量化后反饋給發(fā)射端，對(duì)于時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)，可利用上

6、下行鏈路的互惠性，由接收端發(fā)射導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列，發(fā)射端直接據(jù)此進(jìn)行反向信道估計(jì)。由此可見(jiàn)，所獲得的發(fā)射端信道狀態(tài)信息可能存在誤差，比如信道估計(jì)誤差、信道時(shí)變誤差，以及信道反饋量化誤差等等。因此，本文接著研究了發(fā)射端已知非理想信道信息時(shí)的魯棒非線性預(yù)編碼算法，主要包括兩個(gè)方面：第一，考慮較為簡(jiǎn)單的非理想信道模型，即發(fā)射端已知信道估計(jì)矩陣以及誤差矩陣的統(tǒng)計(jì)分布特性，利用誤差矩陣的方差，通過(guò)最小化收發(fā)信號(hào)之間的均方誤差(MSE)，求解了具有魯棒