MIMO系统中基于不完全反馈信息的功率分配算法研究

摘要

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统可有效改善无线通信系统的性能。垂直分层空时编码(Vertical Bell Laboratories Layered Space Time, V-BLAST)是一种基于MIMO传输方式的空时传输技术,将 Turbo码的迭代译码思想用到 V-BLAST系统中即Turbo-BLAST系统,通过接收端的迭代检测可以提高系统的误比特率(Bit Error Rate, BER)性能。此外,在多天线系统中采用自适应功率分配技术可进一步改善系统的BER性能。本论文的研究内容包括V-BLAST检测算法、Turbo-BLAST迭代检测算法以及Turbo-BLAST双迭代检测算法,信道状态信息完全已知和信道反馈有延迟时,V-BLAST系统中基于迫零(Zero Forcing, ZF)检测和最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)检测的自适应功率分配算法。论文的主要工作如下:
　　1.在V-BLAST检测和Turbo-BLAST迭代检测的基础上,受比特交织编码调制迭代译码(Bit Interleaved Coded Modulation with Iterative Decoding, BICM-ID)技术的启发,提出一种基于解调器与译码器之间内层迭代译码,检测器与译码器之间外层迭代检测的Turbo-BLAST双迭代检测算法。与Turbo迭代检测相比,采用所提算法可进一步改善系统的BER性能。
　　2.针对信道反馈有延迟的V-BLAST系统,以BER为优化目标,提出基于ZF检测的次优和最优两种自适应功率分配算法。通过系统建模与性能分析,推导出接收信号的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)的概率密度函数(Probability Density Function, PDF),利用数学变换得到系统BER的表达式。发送端在总功率约束条件下,分别采用拉格朗日极值法和牛顿迭代法给出功率分配矩阵的次优解和最优解,并对所提两种功率分配算法的复杂度和性能进行分析与比较。与等功率分配算法相比,采用所提两种自适应功率分配算法均可显著改善系统的BER性能。
　　3.针对存在信道反馈延迟的V-BLAST系统,以BER为优化目标,提出一种基于MMSE检测的自适应功率分配算法。由于MMSE检测用的权向量综合考虑了信道矩阵和噪声的影响,其接收信号的SINR比基于ZF检测的SINR复杂的多,很难直接推导出它的PDF。所提功率分配算法的难点与重点就在于将基于MMSE检测的SINR分解成相互独立的两部分,利用概率论相关知识分别推导出这两部分的PDF,进而得到总SINR的PDF。然后在此基础上得到系统BER的表达式,发送端在总功率约束条件下,利用拉格朗日极值法得到功率分配矩阵。与等功率分配算法和基于ZF检测的功率分配算法相比,采用所提算法可明显改善系统的BER性能,并且,通过接收端的迭代检测可进一步改善系统的BER性能。

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缩略词

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 MIMO检测技术

1.3 MIMO自适应技术

1.4 论文主要内容与组织结构

第二章 多天线系统的检测算法

2.1 V-BLAST检测算法

2.2 Turbo-BLAST迭代检测算法

2.3 Turbo-BLAST双迭代检测算法

2.4 本章小结

第三章 完全信道状态信息条件下的功率分配算法

3.1 系统模型

3.2 修正的检测算法

3.3 完全信道状态信息条件下的功率分配算法

3.4 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 存在信道反馈延迟时基于ZF检测的自适应功率分配算法

4.1 系统模型

4.2 信道反馈有延迟时系统的误比特率

4.3 信道反馈有延迟时基于ZF检测的自适应功率分配算法

4.4 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章 存在信道反馈延迟时基于MMSE检测的自适应功率分配算法

5.1 系统模型

5.2 信道反馈有延迟时的信干噪比

5.3 信道反馈有延迟时系统的误比特率

5.4 信道反馈有延迟时基于MMSE检测的自适应功率分配算法

5.5 仿真结果与分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究工作的展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的的学术论文