MIMO无线通信系统中的单用户和多用户预编码技术研究

摘要

本论文主要在MIMO系统中针对后一个问题进行讨论。 信道信息的获取可分为反馈和互易两种模式。为了便于解释获取发端信道信息对系统性能的提升，在第三章中，我们首先考虑发端通过反馈获得完美的信道信息(这里的完美是指无信道估计误差，无量化反馈误差，无反馈延迟)的情况，并在此基础上给出基于容量最优的带预编码的发端结构，再基于两种不同的准则(基于容量和基于成对错误概率)给出预编码方案并进行仿真分析。 由于通信信道的时变性，加之收端信道估计的误差以及反馈延迟，反馈带宽的限制，获得完美的信道信息变得近乎不可能，所以在实际情况中发端只能获得部分的信道信息。以此为基础，我们考虑如下情况：接收端已知完美信道信息下的有限反馈。通过仿真，对两种量化模式(量化信道矩阵和量化预编码矩阵)进行了比较。 以上的分析是针对单个用户的情况。在多用户的情况下，会面临更多的问题，在第四章中会提到：例如考虑在下行中，如何消除各用户之间的共信道干扰，如何通过用户调度来最大化多用户分集增益，等等。 首先，针对多用户预编码中的共信道干扰消除问题，以及针对这一问题提出的BD算法进行分析发现，该算法降低了发端处理的空间自由度，因此本文提出了一种在中低信噪比下的改进思路。本文中提出，在干扰和噪声在同一量级上时，比如在中低信噪比时，为了消除干扰而降低空间自由度是得不偿失的。因此，可以根据SNR的不同，选择是否进行基于块对角化的干扰消除。这样，由于空分复用的增益使得系统在中低信噪比下的性能有所提升，而由于不进行块对角化，复杂度大大降低。 接着，在多用户调度问题中，在最优的全搜索算法基础上，提出了一种低复杂度的算法，经仿真验证，该算法由于尽可能地保证了多用户分集增益，因此性能上较最优的算法只是略微降低，而复杂度得到了很大的减小。 最后，对全文进行了概括性的总结，明确了下一步有待进行的工作和未来的一些研究方向。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表、符号表

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2 MIMO技术简介

1.2.1实现高速数据传输

1.2.2空间复用提高频谱利用率

1.2.3利用空间分集提高传输性能

1.3预编码技术简介

1.3.1发端信道信息的获取

1.3.2发端信道信息的利用

1.4本文的主要内容和创新

第二章预编码基本原理及系统结构

2.1发端已知信道信息对MIMO系统性能的影响

2.1.1发端信道信息对SISO系统性能的影响

2.1.2发端信道信息对MIMO分集的影响

2.2 MIMO预编码基本系统框架

2.2.1基于容量最优的预编码结构

2.2.2基于容量准最优的低复杂度预编码结构

2.3小结

第三章MIMO系统中单用户下的预编码算法

3.1完美信道信息下的预编码算法

3.1.1几种不同的预编码设计准则

3.1.2 OSTBC中完美信道信息下预编码矩阵的设计

3.1.3仿真结果及分析

3.2发端部分信道信息下的预编码方案

3.2.2信道信息的量化

3.2.3基于码本的预编码算法(预编码矩阵的量化)

3.2.4仿真结果及分析

3.3 BLAST中丢失一路时的一种解决方案

3.3.1合并矩阵(Mixing matrix)的设计

3.3.2仿真及结果分析

3.4小结

第四章MIMO多用户下的预编码算法

4.1共信道干扰(CCI)问题

4.1.1基于矩阵块对角化的共信道干扰消除算法

4.1.2改进的折衷思路(CCI消除与空间分集度的折衷)

4.2用户调度问题

4.2.1用户调度算法

4.2.2仿真条件及结果分析

4.3小结

第五章结束语

5.1本文主要工作

5.2进一步的研究

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

个人简历