MIMO通信系統(tǒng)中的預編碼技術與用戶調(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，當發(fā)射端未知信道狀態(tài)信息時，可以采用如空時編碼、空分復用等技術充分利用MIMO無線信道的分集增益和復用增益以提高系統(tǒng)性能。當發(fā)射端已知全部或部分信道信息時，可以采用預編碼之類的技術提高系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率。在多用戶環(huán)境下，除了上述技術外，還可以通過恰當?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)中的空時傳輸技術及其相應接收

2、機技術，閉環(huán)MIMO無線通信系統(tǒng)中的預編碼技術，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。論文的主要貢獻列舉如下： 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編碼技術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)。針對上述發(fā)射系統(tǒng)，同時提出了一種基于最大信干噪比準則線性濾波器的軟輸入軟輸出檢測方案，采用該

3、檢測方案的迭代接收機具有較低的復雜度，并對線性星座預編碼引起的等效信道的列相關性增強具有一定的魯棒性，比傳統(tǒng)的低復雜度迭代接收機具有更快的收斂速度。 2．提出了一種空時編碼OFDM和多維波束形成的組合技術，該方案充分利用了發(fā)射端已知的信道二階統(tǒng)計信息，設計靈活、簡單，并進行了詳細的理論推導，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，對于相同的空時編碼方式，增加實際發(fā)射天線數(shù)時系統(tǒng)的編碼增益能得到準線性的提高，信道環(huán)境

4、相關性越強時，通過增加實際發(fā)射天線數(shù)所獲得的編碼增益的效率越高。 3．針對空時分組編碼和空分復用混合系統(tǒng)提出了一種魯棒性的預編碼技術，該技術首先把系統(tǒng)等效成幾個并行子系統(tǒng)，然后對子系統(tǒng)進行單獨的預編碼設計，這樣可以減少所需反饋信息量。該技術同時考慮了反饋誤差，在設計預編碼時采用了一種魯棒性的優(yōu)化方案。針對上述混合系統(tǒng)同時提出了一種自適應天線分配技術，發(fā)射端自適應為空時分組編碼分配發(fā)射天線組，當接收機采用逐次組間干擾消除檢測方法，

5、該技術能以非常小的反饋開銷顯著提高系統(tǒng)的性能。該技術還利用了QR分解特性簡化了天線分配的復雜度。 4．提出了一種使用主碼本結(jié)合輔助碼本的有限反饋預編碼技術，在原有預編碼碼本的基礎上，額外設計一個尺度較小的擾動碼本，接收端根據(jù)信道狀態(tài)信息在原有碼本中選擇一個最優(yōu)碼字后，再選擇一個最優(yōu)的擾動碼字，兩個首選碼字的乘積作為預編碼矩陣。這種方式能以很小的反饋代價充分考慮同一子空間內(nèi)不同預編碼矩陣形式對線性接收機系統(tǒng)的性能影響，進一步提高預

6、編碼系統(tǒng)的性能，文中同時給出了兩種形式的擾動碼本設計及其使用方法，并對旋轉(zhuǎn)形式的擾動碼本設計進行了詳細的理論分析。 5．提出了一種多用戶MIMO-SDMA系統(tǒng)下行鏈路的隨機預編碼與復用技術，該技術的預編碼矩陣是在給定的碼本內(nèi)進行隨機選取，然后調(diào)度信道條件匹配的多個用戶。該技術采用了一種逐次調(diào)度的方式，通過多次訓練逐次選擇用戶和預編碼矩陣，這種方式能以很小的反饋量充分控制復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，首先設計了一個由多個子空間堆積并在每個子空間內(nèi)有不同擾動的SDMA碼本，在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為碼本包含多個簇。然后提出了兩種基于碼本的多用戶快速調(diào)度技術，一種稱為Markov調(diào)度技術，該技術聯(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)度多個用戶進行SDMA的同時有效控制復用用戶之間的相互干擾，并對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，該技術充分利用了SDMA碼本的分簇結(jié)構(gòu)，能以很小的反饋開銷快速完成SD