新一代無線通信系統(tǒng)中的預編碼技術研究.pdf

1、在“移動通信寬帶化”和“寬帶接入移動化”的趨勢下，以LTE和LTE-Advanced為代表的新一代無線通信技術使得系統(tǒng)接入速率相比3G技術產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，而預編碼正是LTE/LTE-Advanced中的核心技術之一。預編碼是通過在發(fā)射端對發(fā)射信號增加某種預擾動來針對性地對抗無線通信中存在的各種不良效應，從而有效改善系統(tǒng)性能并簡化接收機的設計。隨著LTE/LTE-Advanced的不斷發(fā)展，預編碼技術在不同的應用場景下呈現(xiàn)出不同的作用形態(tài)

2、。
　　 本論文正是圍繞著預編碼技術領域中的核心問題，在物理層層面上，從LTE/LTE-Advanced涉及到的主要場景出發(fā)，對其中的單天線預編碼技術、單用戶MIMO系統(tǒng)中有限反饋預編碼反饋壓縮策略、多用戶MIMO優(yōu)化的預編碼設計和基于預編碼的雙向中繼系統(tǒng)中的信道估計等問題進行了創(chuàng)新性研究。這些研究力求探索信號傳輸本質(zhì)，發(fā)掘系統(tǒng)性能潛力。鑒于工程可行性要求，性能和復雜度的折中優(yōu)化亦是本論文的考慮方面。全文主要研究內(nèi)容歸納如下:<

3、br>　　 首先，本文討論了單天線傳輸下的預編碼技術。從預編碼的觀點出發(fā)，分析了LTE/LTE-Advanced下行OFDM傳輸技術對抗頻率選擇性衰落的能力，分析了LTE/LTE-Advanced上行DFT-SOFDM傳輸技術低峰值平均功率比的特性。矢量OFDM作為單載波和多載波OFDM傳輸?shù)臉蛄?，在系統(tǒng)設計上具有很大的靈活性。但是，目前對于矢量OFDM在頻率選擇性衰落信道下完整的性能刻畫尚屬空白。本文正是從這一問題出發(fā)，詳細分析了矢

4、量OFDM在頻率選擇性衰落信道下的性能，研究了矢量OFDM中預編碼技術所帶來的信號空間分集增益，并對矢量OFDM中每個矢量塊均進行了細致的研究。這些研究成果對實際系統(tǒng)應用矢量OFDM時提供了重要的理論依據(jù)，這也是本文第一個主要的創(chuàng)新點。
　　 然后，本文討論了單用戶MIMO下的預編碼技術。盡管完美信道對于發(fā)射端設計預編碼矩陣至關重要，但是接收機對于信道信息的直接量化反饋卻給系統(tǒng)性能帶來了明顯的制約。本文正是在這一背景下，對更加有

5、效的基于碼本(codebook)的有限反饋技術進行了深入研究。由于實際系統(tǒng)下OFDM的引入使得預編碼的反饋數(shù)據(jù)量隨著載波或子帶(subband)數(shù)目線性增加，所以本文提出了一種有限反饋量壓縮技術。該技術能夠使得系統(tǒng)在反饋開銷和吞吐率性能上取得一個較好的折中。以上內(nèi)容是本文第二個主要的創(chuàng)新點。
　　 隨著系統(tǒng)對總吞吐量和小區(qū)用戶密度的要求不斷提高，從單用戶模型（點對點）轉向多用戶模型（點對多點）成為了主要的研究方向。相比單用戶MI

6、MO，多用戶MIMO預編碼需要同時解決用戶內(nèi)的數(shù)據(jù)流串擾和用戶間的數(shù)據(jù)流串擾問題。本文以此為背景討論了多用戶MIMO下的線性預編碼技術，具體介紹了塊對角化(BD)預編碼和最大信漏噪比(SLNR)預編碼技術的基本原理。本文在原始SLNR技術上進一步發(fā)掘潛力，通過理論推導兩個矩陣同時對角化的一種特殊形式，提出一種SLNR最大化松弛預編碼方案。在多數(shù)據(jù)流傳輸情況下，提出的新預編碼方案相對原始SLNR方案能夠有效平衡多數(shù)據(jù)流間的信道增益，從而具

7、有更好的系統(tǒng)誤碼性能。此外，提出的方法能保持幾乎相同的系統(tǒng)歸一化和速率。這部分內(nèi)容是本文第三個主要的創(chuàng)新點。
　　 最后，本文關注了協(xié)同通信中的預編碼技術，總結了多小區(qū)預編碼設計上的主要思路。本文針對雙向中繼系統(tǒng)提出了一種基于壓縮感知理論信道估計的方法。由于在雙向中繼系統(tǒng)中，等效信道并不稀疏，這會直接限制壓縮感知理論的應用。本文從這一問題著手，利用預編碼技術并結合雙向中繼特殊的結構解決了這一難題，使得系統(tǒng)能效得到顯著優(yōu)化，這也是