多天線系統(tǒng)中的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前，無(wú)線通信正以前所未有的速度向前發(fā)展，以滿足用戶對(duì)視頻、音頻和多媒體娛樂(lè)等先進(jìn)無(wú)線業(yè)務(wù)的要求。為突破頻譜和功率等資源的稀缺性對(duì)無(wú)線通信進(jìn)一步發(fā)展的限制，多天線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)大力挖掘其特有的空間自由度，有效的提高了頻譜利用率、增強(qiáng)傳輸可靠性、或者它們的一個(gè)折中?；诙嗵炀€系統(tǒng)的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)，使得空時(shí)傳輸信號(hào)自適應(yīng)于信道狀態(tài)，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。對(duì)于有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)的設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵在于如何在有限的反饋帶寬上傳輸盡可能多

2、的可靠信道信息和如何周有限的信道信息設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效的預(yù)編碼策略。本學(xué)位論文對(duì)分布式和集中式多天線系統(tǒng)的反饋方法設(shè)計(jì)、預(yù)編碼矩陣構(gòu)建、反饋量減少和資源優(yōu)化分配等進(jìn)行了深入的研究，并提出了一些創(chuàng)新性的策略，主要包括如下幾個(gè)方面：
　　 研究了分布式多天線系統(tǒng)中基于量化碼書(shū)的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)。首先研究了分布式多天線系統(tǒng)的信道分布的特點(diǎn)，分析了碼書(shū)設(shè)計(jì)所需要考慮的因素，并給出了一種二步碼書(shū)設(shè)計(jì)方法，其可以在系統(tǒng)性能和設(shè)計(jì)復(fù)雜度之間取得

3、一個(gè)很好的折中。然后，通過(guò)最小化空時(shí)碼字的平均成對(duì)錯(cuò)誤概率的上限，得到了一種不需要額外反饋信息的發(fā)射功率分配方法，這樣可以進(jìn)一步提高反饋信息的利用效率。根據(jù)信道的時(shí)間相關(guān)性，將信道狀態(tài)的變化建模為一個(gè)有限狀態(tài)離散馬爾科夫過(guò)程，在此基礎(chǔ)上得到了一種性能無(wú)損的基于子碼書(shū)的反饋減少算法。此外，還根據(jù)各信道狀態(tài)出現(xiàn)概率的非同一性，設(shè)計(jì)了兩種性能無(wú)損和性能有損的反饋減少改進(jìn)算法。從而，為分布式多天線系統(tǒng)提供了一套集碼書(shū)設(shè)計(jì)、碼字選擇、功率分配和反

4、饋減少于一身的有限反饋與預(yù)編碼策略。
　　 研究了分布式多天線系統(tǒng)中基于角度域參數(shù)的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)。首先分析了分布式多天線系統(tǒng)中無(wú)線信號(hào)傳播的特點(diǎn)，分別為瑞利衰落信道和萊斯衰落信道建立了一個(gè)基于平均到達(dá)角、角度擴(kuò)展、歸一化接收天線距離和K因子等角度域參數(shù)的非Kronecker信道模型?；谶@一信道模型，并通過(guò)最小化空時(shí)碼字的平均成對(duì)錯(cuò)誤概率上限，揭示了信道角度域參數(shù)與最佳預(yù)編碼矩陣之間的內(nèi)在聯(lián)系，得到了一種基于信道角度域參

5、數(shù)的預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)方法，這種方法具有反饋量少、處理時(shí)延小和魯棒性高的優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步減少預(yù)編碼矩陣的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，對(duì)空時(shí)碼字的平均成對(duì)錯(cuò)誤概率上限進(jìn)行了漸進(jìn)分析，分別得到了瑞利和萊斯信道衰落情況下高和低信噪比時(shí)的簡(jiǎn)化預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)方法。最后，對(duì)信道角度域參數(shù)與分集階數(shù)和編碼增益這兩種重要的性能指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，并且發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，這種基于角度域參數(shù)的預(yù)編碼矩陣設(shè)計(jì)方法在萊斯衰落信道下可以取得比瑞利衰落信道下更好的性能，隨著K因

6、子的增大，獲得的性能增益也逐漸增加。
　　 研究了集中式多天線系統(tǒng)中具有服務(wù)質(zhì)量保證的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)，并分別針對(duì)單用戶和多用戶這兩種情況給出了相應(yīng)的解決方案。對(duì)于單用戶系統(tǒng)，基于有效帶寬理論，揭示了在給定最大時(shí)延限制條件下，發(fā)射功率和反饋帶寬之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而可以根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)這兩種稀缺資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化分配。進(jìn)一步，還分析了信道估計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并給出了相應(yīng)的聯(lián)合資源分配策略。對(duì)于多用戶系統(tǒng)，將無(wú)速率編碼同多用戶