多天線系統(tǒng)中基于有限反饋的波束成形研究.pdf

1、在無線通信中，多天線傳輸(又名多入多出，Multi-InputMulti-Output，MIMO)技術(shù)能有效提升系統(tǒng)容量和改善誤碼率性能，已日益受到關(guān)注。實際系統(tǒng)的下行鏈路往往具有發(fā)射天線數(shù)較多、接收天線數(shù)較少(甚至為一)的非對稱特點。若假設(shè)發(fā)射機完全未知信道信息，則傳統(tǒng)的空間復(fù)用和空時編碼等技術(shù)不能充分利用空間資源以進一步提升通信質(zhì)量；反之，若假設(shè)發(fā)射機能獲取理想信道信息，則可采用超強的預(yù)編碼或波束成形等預(yù)處理技術(shù)以實現(xiàn)完全的分集和陣

2、列增益，但這不符合無線通信的實際環(huán)境。因此，假設(shè)發(fā)射機能獲取部分信道信息是合理且有意義的。另一方面，實際系統(tǒng)的整體等效信道在上下行鏈路并不滿足互易性，故發(fā)射機獲取信道信息的一種較為可行的方式是：接收機先估計信道信息，再將其反饋給發(fā)射機；同時，由于反饋鏈路的帶寬受限和數(shù)字化實現(xiàn)需要，一般用若干比特映射而成的碼本對信道信息量化之后再進行反饋。相比理想情形，此時預(yù)編碼或波束成形的性能會有所損失，而且某些設(shè)計思路也有所不同。本文主要針對多天線系

3、統(tǒng)中基于有限反饋的波束成形展開研究。 對平坦衰落信道下的單用戶系統(tǒng)，已有研究大多包含塊衰落信道、準(zhǔn)確信道估計或無反饋延遲等理想假設(shè)，第二章構(gòu)建了關(guān)于“單用戶時變多入單出(Multiple-InputSingle-Output，MISO)信道中非理想反饋下的波束成形”的理論分析和系統(tǒng)設(shè)計框架。在建立非理想反饋系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，分析了方形或矩形QAM(QuadratureAmplitudeModulation)星座圖的未編碼誤碼率和

4、遍歷容量，并分別給出了誤碼率準(zhǔn)確值和容量緊致上下界的閉合表達式。進一步推導(dǎo)了具有簡潔表達式的誤碼率下界和容量更松下界，在給定歸一化反饋比特數(shù)條件下，根據(jù)這兩個下界得到了相同的最優(yōu)幀長。 對頻率選擇性信道，正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技術(shù)將寬帶信道轉(zhuǎn)化為多路具有不同響應(yīng)的窄帶信道。若在每個子載波(子信道)獨立反饋信道信息，則反饋量將與子載波數(shù)成正比，開銷甚

5、大。第三章研究了單用戶有限反饋MISO-OFDM系統(tǒng)中最優(yōu)波束成形向量的選取方法。在子載波分簇條件下，分別直接基于最小化QAM星座圖的未編碼誤碼率和最大化容量提出了簇內(nèi)的最優(yōu)波束成形向量選取準(zhǔn)則，這兩個準(zhǔn)則分別在誤碼率和容量兩個評估指標(biāo)上優(yōu)于其他已有方案。進一步基于簇內(nèi)不同子載波信道頻率響應(yīng)之間的相關(guān)性提出了相應(yīng)的簡化次優(yōu)算法，以較小的性能損失極大地降低了計算復(fù)雜度。最后將已有的自適應(yīng)量化思想與所提簇內(nèi)的波束成形向量選取準(zhǔn)則相結(jié)合，給出