具有低峰均功率比的线性预编码研究——在大规模MIMO-OFDM上行链路中的设计及性能分析

摘要

当下，大规模多输入多输出（MIMO）技术因其提高系统能量效率（EE）和频谱效率（SE）的能力而受到人们的广泛关注。然而，在频率选择性衰落信道下，由于信道在时域的时延拓展，信号间会产生码间干扰，使得系统的误比特（BER）性能下降。因此，在实际应用中，人们常常将MIMO技术与正交频分复用（OFDM）结合，利用正交频分复用技术抗频率选择性衰落的能力来提高系统性能。但是，使用OFDM之后的一大弊端是信号会出现很高的峰均功率比（PAPR），此类信号在进入高功率放大器之后不仅会产生非线性失真，而且会造成功放的能耗增加，加大系统开销。因此，需要采取相应的措施来降低系统的PAPR。
　　预编码被认为是一种降低PAPR行之有效的办法。但是，预编码往往会导致系统的误比特率上升。在本文中，首先介绍了一种用于降低 PAPR的线性预编码方案，并给出了详细的构造准则及实现方法。然后，针对MIMO-OFDM系统的上行链路传输，分别就单用户和多用户的场景进行了讨论。对单用户场景，从BER、EE和SE这三个方面，分析了系统使用预编码之后的性能，并从优化系统BER性能的角度出发，推导出了高斯信道下使得系统BER最优的预编码所需满足的条件。此外，也给出了预编码非最优时最优预编码的构造方法。对多用户场景，推导了使用预编码之后，系统在天线数趋于无穷时的信噪干扰比理论值。仿真结果表明，在高斯信道下，无论是单用户还是多用户，最优预编码不仅能明显降低PAPR，而且还能不损失系统的BER性能。不仅如此，对单用户来说，瑞利多径信道下，最优预编码的BER和EE性能较没有预编码的系统还有提升。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3研究内容和章节安排

2 相关理论基础

2.1 OFDM技术

2.2 MIMO技术

2.3随机矩阵相关理论

3 具有低峰均比的线性预编码设计

3.1线性预编码概述

3.2低峰均比的线性预编码

4 单用户场景下MIMO-OFDM系统性能分析

4.1系统模型

4.2性能分析

4.3仿真结果

5 多用户场景下MIMO-OFDM系统性能分析

5.1系统模型

5.2信噪干扰比分析

5.3仿真结果

6 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献