有限反饋閉環(huán)MIMO無線傳輸理論方法研究.pdf

1、多天線技術(shù)因其在提高系統(tǒng)容量和系統(tǒng)分集能力等方面的優(yōu)越性,越來越受到人們的重視,已成為新一代移動通信技術(shù)研究的關(guān)鍵所在。在實(shí)際傳輸環(huán)境中,通常存在一些非理想因素,這些因素會導(dǎo)致開環(huán)傳輸系統(tǒng)性能的下降。利用完全信道狀態(tài)信息的閉環(huán)傳輸系統(tǒng)可以在一定程度上克服這些非理想因素,進(jìn)而達(dá)到最大限度提高多天線系統(tǒng)信道容量和傳輸可靠性的目的。但是,實(shí)際傳輸系統(tǒng)通常無法獲得完全信道信息,特別地,頻分雙工系統(tǒng)需要通過反饋信道將信道信息反饋給發(fā)送端,而反饋信

2、道通常是帶寬受限的,因此有限反饋技術(shù)便成為新一代移動通信的一個研究熱點(diǎn)。本文針對多天線閉環(huán)傳輸系統(tǒng),結(jié)合矢量量化理論,對有限反饋技術(shù)進(jìn)行了研究,具體包括利用時間相關(guān)性的樹形碼本設(shè)計(jì)及有限反饋方案、非理想情況下的碼本設(shè)計(jì)方法及有限反饋方案、基于歐氏距離度量的碼本設(shè)計(jì)方法、以及異構(gòu)多用戶有限反饋帶寬分配方案。
　　 研究了利用信道時間相關(guān)性的樹形碼本設(shè)計(jì)及有限反饋方案設(shè)計(jì)。首先提出了基于Lloyd算法的樹形碼本設(shè)計(jì)方法,接著針對樹形

3、碼本的特點(diǎn),結(jié)合實(shí)際信道的時間相關(guān)性,提出了樹形碼本搜索方案。樹形碼本搜索可以提高搜索效率,是一種次優(yōu)搜索方案,樹形碼本的樹狀結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致最優(yōu)碼字的搜索偏差,但仿真結(jié)果表明這種偏差對于性能的影響可以忽略。緊接著針對慢變信道,提出了兩種高效反饋方案,樹形碼本反饋方案和熵編碼反饋方案,兩種方案都是利用相鄰時間間隔上最優(yōu)碼字的相關(guān)性來進(jìn)一步降低有限反饋系統(tǒng)的反饋量。最后通過仿真從誤符號率和反饋量兩方面對兩種方案進(jìn)行了比較,并研究了保護(hù)間隔對于樹

4、形碼本方案反饋量的影響。
　　 研究了非理想信道條件下的碼本設(shè)計(jì)及有限反饋方案設(shè)計(jì)。首先分析了導(dǎo)頻輔助信道估計(jì)方法產(chǎn)生的估計(jì)誤差,在此基礎(chǔ)上提出了基于統(tǒng)計(jì)信息的碼本設(shè)計(jì)方案,在非理想信道條件下推導(dǎo)了最優(yōu)波束成形矢量的表達(dá)式,并給出了有限反饋系統(tǒng)相應(yīng)的碼字選擇準(zhǔn)則,針對Lloyd算法復(fù)雜度較高的缺點(diǎn),提出了一種對計(jì)算量和存儲量要求較低的快速碼本設(shè)計(jì)方法,該方法是一種次優(yōu)方法,但仿真結(jié)果表明該方法可以獲得與最優(yōu)Lloyd算法幾乎相同

5、的性能。然后提出了一種信道預(yù)測方案,預(yù)測采用基于卡爾曼濾波的一階自回歸模型,在該模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了信道均方誤差的一般表達(dá)式。最后通過仿真比較了上述兩種方案克服信道非理想性的能力,并在公平性前提下分析了兩種方案各自的適用場景。
　　 研究了基于歐氏距離度量的碼本設(shè)計(jì)問題。首先針對傳統(tǒng)距離度量的局限,從信道矩陣奇異值分解的旋轉(zhuǎn)不變性和置換不變性出發(fā),提出了一種基于歐氏距離的有限反饋系統(tǒng)碼字選擇準(zhǔn)則,在此基礎(chǔ)上定義了一種新的距離度量,

6、接著對傳統(tǒng)的Lloyd算法進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種針對新的距離度量的碼本設(shè)計(jì)方法。進(jìn)而將新的距離度量和碼本應(yīng)用到多模自適應(yīng)預(yù)編碼系統(tǒng)中,在誤比特率最小準(zhǔn)則下,提出了一種不同模式下的碼字分配方案,給出了模式和碼字選擇準(zhǔn)則的表達(dá)式。最后通過仿真分析比較了新的距離度量和傳統(tǒng)距離度量在誤比特率性能指標(biāo)下的差別。
　　 研究了異構(gòu)多用戶有限反饋帶寬分配問題。針對實(shí)際系統(tǒng)中不同用戶所處的信道環(huán)境的差異,提出了自適應(yīng)反饋帶寬方案,在和速率最大的