無線多輸入輸出通信系統(tǒng)的預編碼技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展，未來移動通信系統(tǒng)將提供比現有系統(tǒng)更高的傳輸速率、更好的傳輸質量、更大的系統(tǒng)容量，并且能夠滿足多種業(yè)務的服務質量(QoS)需求。在頻譜資源有限，傳播信道惡劣的條件下，系統(tǒng)設計要求非常高的頻譜利用率和鏈路可靠性。多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)能夠提供空間復用增益和空間分集增益，從而滿足系統(tǒng)設計的高要求，是近年來的研究熱點。
　　 預編碼技術是MIMO系統(tǒng)中的關鍵技術之一，發(fā)射端利用信道狀態(tài)信息(CSI)，通

2、過預編碼矩陣處理發(fā)射信號，以消除減少多天線或多用戶造成的共信道干擾(CCI)，保證數據的可靠接收。當發(fā)射端已知精確的信道狀態(tài)信息時，即理想信道條件，預編碼的設計重點在于提高系統(tǒng)性能或者逼近系統(tǒng)容量；當發(fā)射端只獲得部分信道狀態(tài)信息，即非理想信道條件時，預編碼的設計應該考慮帶有誤差的信道信息，設計具有魯棒性能的方法。
　　 本文首先研究了在理想信道條件下預編碼的設計方法。根據算法中是否包含非線性運算，常用的預編碼算法包含線性設計和非

3、線性設計兩種方法。一般來說，非線性技術比線性技術能獲得更好的性能，本文重點研究了非線性預編碼的設計方法，具體包括：第一，將格基規(guī)約思想應用于預編碼中，介紹了格基規(guī)約的概念和三種具有多項式復雜度的實現算法，包括LLL算法，深度搜索LLL算法和Seysen算法，然后將這三種算法應用于基于線性處理結構和非線性處理結構的預編碼系統(tǒng)中，對它們在這兩種系統(tǒng)中的性能進行分析和比較，給出了兩種系統(tǒng)下不同格基規(guī)約算法的性能曲線，總結出不同格基規(guī)約算法各自

4、適用的環(huán)境。第二，對基于格基規(guī)約算法的矢量預編碼進行了研究，分析了基本的格基規(guī)約算法出現性能損失的原因，主要在于其實現過程中存在量化誤差，通過仿真發(fā)現實際量化誤差概率分布是有規(guī)律的，根據概率分布規(guī)律提出了一種可調量化誤差校正方法，不僅可以降低系統(tǒng)的誤碼率，使其接近球形譯碼算法的性能，而且減小了已有量化誤差校正方法的冗余計算量，降低了計算復雜度。第三，在已有的幾何均值分解結合矢量預編碼的方案上，提出進一步擴大預編碼擾動矢量的取值范圍，使之

5、分為兩種情況，一是擾動矢量中的元素為連續(xù)值，則擾動矢量被接收端視為干擾；二是擾動矢量中的元素為連續(xù)值和離散值之和，則擾動矢量中的離散值可以通過模操作在接收端消除，而連續(xù)值仍視為干擾，在這兩種情況下，分別求解得到了最小均方誤差(MSE)意義下的最優(yōu)擾動矢量。
　　 在實際傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端取得信道狀態(tài)信息的方法一般有兩種，對于頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，可以由接收端將信道估計結果量化后反饋給發(fā)射端，對于時分雙工(TDD)系統(tǒng)，可利用上

6、下行鏈路的互惠性，由接收端發(fā)射導頻或訓練序列，發(fā)射端直接據此進行反向信道估計。由此可見，所獲得的發(fā)射端信道狀態(tài)信息可能存在誤差，比如信道估計誤差、信道時變誤差，以及信道反饋量化誤差等等。因此，本文接著研究了發(fā)射端已知非理想信道信息時的魯棒非線性預編碼算法，主要包括兩個方面：第一，考慮較為簡單的非理想信道模型，即發(fā)射端已知信道估計矩陣以及誤差矩陣的統(tǒng)計分布特性，利用誤差矩陣的方差，通過最小化收發(fā)信號之間的均方誤差(MSE)，求解了具有魯棒