MIMO通信系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)與用戶調(diào)度研究.pdf

1、利用MIMO無線信道可以提高無線通信系統(tǒng)的鏈路可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率，當(dāng)發(fā)射端未知信道狀態(tài)信息時(shí)，可以采用如空時(shí)編碼、空分復(fù)用等技術(shù)充分利用MIMO無線信道的分集增益和復(fù)用增益以提高系統(tǒng)性能。當(dāng)發(fā)射端已知全部或部分信道信息時(shí)，可以采用預(yù)編碼之類的技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率。在多用戶環(huán)境下，除了上述技術(shù)外，還可以通過恰當(dāng)?shù)挠脩粽{(diào)度利用多用戶分集，以提高系統(tǒng)吞吐量。本論文研究內(nèi)容包括開環(huán)MIMO無線通信系統(tǒng)中的空時(shí)傳輸技術(shù)及其相應(yīng)接收

2、機(jī)技術(shù)，閉環(huán)MIMO無線通信系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)，多用戶系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度以及基于碼本的空分多址接入技術(shù)。論文的主要貢獻(xiàn)列舉如下： 1．提出了一種MIMO-OFDM高分集度多碼字分層傳輸方案，該方案發(fā)射端并不需要任何信道狀態(tài)信息，采用的子載波兩維分組線性星座預(yù)編碼技術(shù)能在不損失速率的前提下顯著提高系統(tǒng)的發(fā)射分集度(空間分集、頻率分集)。針對(duì)上述發(fā)射系統(tǒng)，同時(shí)提出了一種基于最大信干噪比準(zhǔn)則線性濾波器的軟輸入軟輸出檢測(cè)方案，采用該

3、檢測(cè)方案的迭代接收機(jī)具有較低的復(fù)雜度，并對(duì)線性星座預(yù)編碼引起的等效信道的列相關(guān)性增強(qiáng)具有一定的魯棒性，比傳統(tǒng)的低復(fù)雜度迭代接收機(jī)具有更快的收斂速度。 2．提出了一種空時(shí)編碼OFDM和多維波束形成的組合技術(shù)，該方案充分利用了發(fā)射端已知的信道二階統(tǒng)計(jì)信息，設(shè)計(jì)靈活、簡單，并進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)，分析表明：該方案能獲得期望的發(fā)射分集度和最大編碼增益，對(duì)于相同的空時(shí)編碼方式，增加實(shí)際發(fā)射天線數(shù)時(shí)系統(tǒng)的編碼增益能得到準(zhǔn)線性的提高，信道環(huán)境

4、相關(guān)性越強(qiáng)時(shí)，通過增加實(shí)際發(fā)射天線數(shù)所獲得的編碼增益的效率越高。 3．針對(duì)空時(shí)分組編碼和空分復(fù)用混合系統(tǒng)提出了一種魯棒性的預(yù)編碼技術(shù)，該技術(shù)首先把系統(tǒng)等效成幾個(gè)并行子系統(tǒng)，然后對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)的預(yù)編碼設(shè)計(jì)，這樣可以減少所需反饋信息量。該技術(shù)同時(shí)考慮了反饋誤差，在設(shè)計(jì)預(yù)編碼時(shí)采用了一種魯棒性的優(yōu)化方案。針對(duì)上述混合系統(tǒng)同時(shí)提出了一種自適應(yīng)天線分配技術(shù)，發(fā)射端自適應(yīng)為空時(shí)分組編碼分配發(fā)射天線組，當(dāng)接收機(jī)采用逐次組間干擾消除檢測(cè)方法，

5、該技術(shù)能以非常小的反饋開銷顯著提高系統(tǒng)的性能。該技術(shù)還利用了QR分解特性簡化了天線分配的復(fù)雜度。 4．提出了一種使用主碼本結(jié)合輔助碼本的有限反饋預(yù)編碼技術(shù)，在原有預(yù)編碼碼本的基礎(chǔ)上，額外設(shè)計(jì)一個(gè)尺度較小的擾動(dòng)碼本，接收端根據(jù)信道狀態(tài)信息在原有碼本中選擇一個(gè)最優(yōu)碼字后，再選擇一個(gè)最優(yōu)的擾動(dòng)碼字，兩個(gè)首選碼字的乘積作為預(yù)編碼矩陣。這種方式能以很小的反饋代價(jià)充分考慮同一子空間內(nèi)不同預(yù)編碼矩陣形式對(duì)線性接收機(jī)系統(tǒng)的性能影響，進(jìn)一步提高預(yù)

6、編碼系統(tǒng)的性能，文中同時(shí)給出了兩種形式的擾動(dòng)碼本設(shè)計(jì)及其使用方法，并對(duì)旋轉(zhuǎn)形式的擾動(dòng)碼本設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。 5．提出了一種多用戶MIMO-SDMA系統(tǒng)下行鏈路的隨機(jī)預(yù)編碼與復(fù)用技術(shù)，該技術(shù)的預(yù)編碼矩陣是在給定的碼本內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)選取，然后調(diào)度信道條件匹配的多個(gè)用戶。該技術(shù)采用了一種逐次調(diào)度的方式，通過多次訓(xùn)練逐次選擇用戶和預(yù)編碼矩陣，這種方式能以很小的反饋量充分控制復(fù)用用戶之間的相互干擾。 6．提出了兩種下行鏈路的快

7、度調(diào)度SDMA方案，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)由多個(gè)子空間堆積并在每個(gè)子空間內(nèi)有不同擾動(dòng)的SDMA碼本，在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為碼本包含多個(gè)簇。然后提出了兩種基于碼本的多用戶快速調(diào)度技術(shù)，一種稱為Markov調(diào)度技術(shù)，該技術(shù)聯(lián)合利用了前后兩次調(diào)度的用戶反饋信息，能在快速調(diào)度多個(gè)用戶進(jìn)行SDMA的同時(shí)有效控制復(fù)用用戶之間的相互干擾，并對(duì)不同的碼本具有一定的通用性。另一種稱為快速匹配調(diào)度技術(shù)，該技術(shù)充分利用了SDMA碼本的分簇結(jié)構(gòu)，能以很小的反饋開銷快速完成SD