CR MIMO系统下行链路基于干扰驱动的预编码技术研究

摘要

随着全球无线宽带移动通信技术的快速发展，频谱资源的供需矛盾成为制约无线通信持续发展的瓶颈。多天线认知无线电(CR MIMO)技术作为可以解决频谱资源供需矛盾的关键技术受到了广泛的关注。CR MIMO技术既利用了认知无线电(CR)动态的频谱配置能力，又利用了多天线(MIMO)技术在空间处理上的独特优势，最大限度的提高通信系统的频谱利用效率，获得更高的数据吞吐量和服务质量。
　　干扰管理作为CR MIMO技术亟待解决的核心问题之一，是本文研究的重点。传统预编码方案的思想是在保证授权用户(PUs)干扰受限的条件下，尽量抑制或消除认知用户(SUs)之间的干扰，提高系统的性能。但是在发射端已知用户信息和信道状态信息(CSI)的条件下，目标信号受到的干扰是可以被预测的。将预测到的干扰进行分类或者转化处理，可以从干扰中提取出对通信有利的因子，在不增加发射端总发送功率的前提下，提高接收端信号的信干燥比。本文从利用干扰的角度，对CR MIMO下行链路预编码设计方案展开研究，主要研究内容和创新点如下:
　　1)基于干扰利用的思想，提出认知部分线性预编码(CR-PLP)。该方案首先利用子空间正交投影理论，将认知用户的信号投影到干扰信道矩阵的零空间，使授权用户在进行通信时免受认知用户的干扰;其次，考虑认知用户间干扰的性质，将干扰分类为相长干扰和相消干扰。利用干扰判断准则，保留与目标信号相位相同的相长干扰，消除与目标信号相位相反的相消干扰。CR-PLP避免了认知用户对授权用户产生干扰，并且利用相长干扰增强目标信号的能量，从而降低了认知链路的平均误符号率，提高了认知用户的信息速率。
　　2)干扰分类的部分线性预编码仅保留了相长干扰，放弃了对相消干扰的利用。为了将相消干扰转化为相长干扰，提高干扰利用率，本文提出了认知相位调整预编码(CR-PALP)方案，进一步改善了系统的性能。CR-PALP利用星座图中的相位信息和信道状态信息，调整干扰符号的相位，将系统中的干扰转化为对通信有利的相长干扰，在不增加认知基站(CBS)发射端总发送功率的前提下，提高了接收端目标信号的能量。复杂度和仿真结果分析表明，认知相位调整预编码以较低的计算复杂度，进一步降低了误符号率，提高了认知用户的信息速率。
　　3)CR-PLP与CR-PALP都没有考虑系统中的噪声，因此本文提出了基于最小均方误差(MMSE)的CR-MMSE-PLP和CR-MMSE-PALP预编码。这两种预编码方案的优化准则是，接收端信号与干扰分类或转化后的发送端信号的均方误差最小。CR-MMSE-PLP和CR-MMSE-PALP较好的平衡了系统中的噪声和干扰，特别是在低信噪比环境下，有较好的性能表现。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容及结构安排

2 干扰驱动的多天线线性预编码基本理论

2．1 引言

2．2 部分线性预编码的编码思想

2．2．1 ICI特性分析

2．2．2 BPSK调制的干扰判断准则

2．2．3 QPSK调制的干扰判断准则

2．3 干扰符号的旋转角度计算

2．4 本章小结

3 CR MISO系统部分线性预编码设计

3．1 引言

3．2 CR MIMO系统干扰问题模型

3．3 CR MISO预编码

3．3．1 系统模型

3．3．2 CR-CI线性预编码

3．3．3 认知部分线性预编码

3．3．4 CR-MMSE预编码

3．3．5 基于MMSE的认知部分线性预编码

3．4 仿真结果与分析

3．4．1 仿真参数设置

3．4．2 误符号率性能分析

3．4．3 和速率性能分析

3．5 本章小结

4 CR MISO系统相位调整预编码设计

4．1 引言

4．2 相位调整预编码

4．2．1 认知相位调整预编码

4．2．2 基于MMSE的认知相位旋转预编码

4．3 可行性分析

4．3．1 复杂度计算

4．3．2 复杂度仿真分析

4．4 仿真结果与分析

4．4．1 误符号率性能分析

4．4．2 和速率性能分析

4．4．3 两种预编码方案的仿真比较

4．5 本章小结

5 全文总结及展望

参考文献

个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢