新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中預(yù)編碼技術(shù)的研究.pdf

1、新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)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(shù)，能有效克服多徑衰落，提高傳輸速率的OFDM技術(shù)，以及能改善系統(tǒng)容量和擴(kuò)大覆蓋范圍的中繼技術(shù)，將很有希望成為新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)作為提高無(wú)線通信系統(tǒng)頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)近年來(lái)獲得了研究者的廣泛關(guān)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(qiáng)型MIMO通信

2、系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)。本論文主要獲得了以下幾點(diǎn)成果：
　　 1.研究了多用戶(hù)MIMO通信系統(tǒng)中的有限反饋預(yù)編碼方案。針對(duì)多用戶(hù)MIMO下行通信鏈路中的同信道干擾問(wèn)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(yīng)的基于接收機(jī)輸出端信漏噪比的有限反饋預(yù)編碼方案。該方案符合實(shí)際無(wú)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(wèn)題，不僅可以有效避免迫零有限反饋預(yù)編碼方法存在的發(fā)送端和接收端的天線數(shù)限制問(wèn)題，而且在接

3、收端成功避免了噪聲放大問(wèn)題。相較于迫零的有限反饋預(yù)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(yù)編碼方案。針對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)發(fā)射預(yù)編碼的實(shí)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(gè)子載波上都反饋信道信息，反饋量太大的問(wèn)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(chǔ)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(gòu)其他

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

5、的Jake’s時(shí)變信道模型下的跟蹤性能得到很好的驗(yàn)證。
　　 4.研究了單中繼通信系統(tǒng)中的有限反饋中繼預(yù)編碼方案。在完全已知信道狀態(tài)信息情況，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，給出了兩種中繼預(yù)編碼矩陣的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。利用基站與中繼站間的通信信道非時(shí)變、確定已知的特性，同時(shí)利用向量量化中的壓擴(kuò)量化技術(shù)，在Grassmannian碼本的基礎(chǔ)上給出了中繼預(yù)編碼碼本的新的設(shè)計(jì)方案。新碼本有限反饋中繼預(yù)編碼方案的系統(tǒng)性能隨著反饋比特?cái)?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?cái)?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(jī)碼本直接應(yīng)用于中繼預(yù)編碼的有限反饋方案。
　　 5.研究了單用戶(hù)多中繼通信系統(tǒng)中有限反饋量化誤差補(bǔ)償?shù)腗MSE中繼預(yù)編碼方案。為了補(bǔ)償量化誤差對(duì)中繼預(yù)編碼設(shè)計(jì)的影響帶來(lái)的系統(tǒng)性能的降級(jí)，我們提出將Grassmannian碼本量化誤差的統(tǒng)計(jì)特性引入中繼預(yù)編碼的設(shè)計(jì)，給出了單用戶(hù)多中繼系統(tǒng)下兩種有限反饋量化補(bǔ)償?shù)?/p>

7、MMSE中繼預(yù)編碼方案，并分別給出了中繼預(yù)編碼矩陣的閉合表達(dá)式。第一種方案是QoS要求下量化誤差補(bǔ)償?shù)闹欣^預(yù)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(chǔ)上提出的中繼和功率約束下量化誤差補(bǔ)償?shù)闹欣^預(yù)編碼與接收均衡MMSE聯(lián)合優(yōu)化算法。所提量化補(bǔ)償?shù)腗MSE中繼預(yù)編碼方案相比沒(méi)有采用量化補(bǔ)償?shù)闹欣^預(yù)編碼方案獲得了一定的性能增益。
　　 6.研究了多用戶(hù)多中繼MIMO通信系統(tǒng)中的預(yù)編碼方案。針對(duì)多中繼MIMO通信系

8、統(tǒng)多用戶(hù)傳輸時(shí)的用戶(hù)間干擾問(wèn)題，提出了一種可以有效抑制多用戶(hù)干擾的發(fā)射端與中繼端迭代預(yù)編碼的方案。該方案首先在中繼端進(jìn)行多中繼聯(lián)合的迫零預(yù)編碼，然后將基站與多用戶(hù)之間等效為一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)的MIMO信道，采用最大化信漏噪比的預(yù)編碼方法，在發(fā)射端進(jìn)一步消除用戶(hù)間的干擾，同時(shí)避免了噪聲放大的影響，進(jìn)而通過(guò)中繼端預(yù)編碼與發(fā)射端預(yù)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(lái)的性能優(yōu)勢(shì)，有效地抑制了用戶(hù)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(hù)調(diào)度方案。針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中，所有中繼和移動(dòng)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(shí)際的中繼有限反饋預(yù)編碼方案，該方案僅需要中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)有限反饋獲知其本身和用戶(hù)間的信道信息，避免了中繼間的通信。進(jìn)而針對(duì)多用戶(hù)線性預(yù)編碼對(duì)于信道信息量化誤差很敏感的問(wèn)題，結(jié)合多用戶(hù)調(diào)度技術(shù)，設(shè)計(jì)了兩種應(yīng)用于多中繼MIMO通信系統(tǒng)的基于碼本的多用戶(hù)調(diào)度方案。一種為多中繼系統(tǒng)下基于