MIMO无线通信系统中有限反馈技术的研究

摘要

在无线频谱资源日趋紧张的今天，MIMO(Multi-InputMulti-Output，多输入多输出)无线传输技术的优点是在不增加通信传输带宽的前提下，成倍地提高系统的频谱利用率，从而解决无线通信中持续增长的需求和有限频谱资源之间的问题。因此，MIMO无线传输技术迅速成为新一代宽带移动通信的关键技术之一。在MIMO系统中，发射端信道状态信息(ChannelStateInformationofTransmission，CSIT)的获取以及反馈对系统性能具有十分重要的作用。
　　本文在对MIMO系统的有限反馈技术、信道预测(AR预测模型)、时间想干信道以及反馈压缩等内容研究的基础上，针对时间相干MIMO有限反馈系统中存在反馈时延和时间冗余的问题，提出了相应的解决方法，并进行了实验仿真。论文主要部分所涉及的信道均为时间相干MIMO信道。在处理反馈时延问题时，首先根据信道的时间相干性，利用AR信道预测模型对MIMO信道进行提前预测;然后，根据基于码书的有限反馈技术，将预测的信道矩阵在码书中所对应最佳码字反馈给发射端用于发射预处理;最后，通过实验仿真验证方法的有效性。在时间相干MIMO系统中，利用时间的冗余性，对系统的反馈开销做反馈压缩处理，其大致步骤是:首先，根据已知信道矩阵，利用AR信道预测模型，对相关性较强的多个连续数据帧的信道矩阵进行预测，其次，在预测的多帧信道矩阵中，找出一个与其他预测矩阵的相关性最强的信道矩阵，并依据此矩阵从码书中匹配出最优码字，然后，将最优码字反馈给发射端用于发射预处理;最后，对上述方法进行仿真验证其有效性。
　　针对时间相干MIMO有限反馈系统中的反馈时延问题和时间冗余问题及其解决方法，在Matlab平台下进行了信道容量和误码率等技术指标的实验仿真。在解决反馈时延问题时，所提出的方法对时间相干MIMO系统的信道容量和误码率等性能具有较好的改善作用。在解决时间冗余问题时，所提方法虽然对时间相干MIMO系统的信道容量和误码率等性能造成了一定损失，但是却成倍地降低了反馈开销，在反馈速率和系统吞吐量之间达到很好的折中。经验证，所设计的方法对问题的解决具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 MIMO技术的发展史

1．3 MIMO有限反馈系统的模型及研究现状

1．3．1 MIMO有限反馈系统

1．3．2 MIMO有限反馈系统的研究现状

1．4 MIMO有限反馈技术概述

1．4．1 MIMO有限反馈技术

1．4．2 MIMO系统的预编码技术

1．5 本文的主要工作和章节安排

1．5．1 本文的主要工作

1．5．2 本文的章节安排

2 MIMO系统的理论基础

2．1 MIMO系统模型

2．1．1 单用户MIMO系统模型

2．1．2 多用户MIMO系统模型

2．2 MIMO系统信道的容量分析与仿真

2．2．1 平均分配发射功率的MIMO信道容量分析与仿真

2．2．2 信道状态已知情况下的MIMO信道容量

2．3 CSI对MIMO系统容量的影响

2．3．1 CSI对单用户MIMO系统容量的影响

2．3．2 CSI对多用户MIMO系统容量的影响

2．3．3 CSI的获取和反馈

2．4 本章小结

3 基于码书的MIMO有限反馈技术及应用

3．1 基于码书的有限反馈技术

3．1．1 基于码书的MIMO有限反馈系统

3．1．2 量化码书的设计原理

3．2 量化码书的设计

3．2．1 Grassmann码书的设计

3．2．2 Lloyd码书的设计

3．3 MIMO时间相干信道

3．4 时间相干MIMO有限反馈系统中的时延问题

3．5 时间相干MIMO有限反馈系统中反馈时延的解决办法

3．6 仿真结果与分析

3．7 本章小结

4 AR信道预测模型在MIMO有限反馈系统中的应用

4．1 AR信道预测模型的应用场景

4．1．1 AR预测模型与时间相干信道的关系

4．1．2 反馈开销与时间相干的关系

4．2 MIMO时间相干信道下的有限反馈新方法

4．2．1 系统模型

4．2．2 基于信道预测的有限反馈新方法

4．3 新方法的仿真结果与分析

4．4 本章小结

5 总结和展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

个人简历及攻读硕士期间发表论文