MIMO系统预编码技术研究

作     者：祝锴 

作者单位：解放军信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡捍英

授予年度：2010年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：多输入多输出 预编码 信道状态信息 收发联合设计 功率分配 天线选择 

摘      要：在不增加系统带宽和天线发射功率的情况下,采用多输入多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)技术以提高频谱效率,已成为未来移动通信体制标准设计中的共识。预编码是采用MIMO技术的通信系统中保证传输性能的核心技术之一,其相关算法设计的性能将直接影响整个系统的有效性和可靠性。论文以该技术作为切入点,对单用户和多用户MIMO系统的预编码技术展开了较为深入的研究,主要工作如下: 1.根据CSI的分类对单用户预编码进行了研究。针对非理想CSI,给出了一种视距相关信道下的单用户收发联合设计算法,该算法引入联合设计思想,迭代求解预编码和解码矩阵。推导了一种基于训练序列的信道估计误差模型,使得对非理想CSI的描述更有实际意义。仿真结果表明,算法在不同的子流数、视距分量、信道相关性和信道估计误差环境下,具有较好的误码率性能。针对有限反馈预编码,给出了一种基于功率分配与预编码联合优化结构的矢量量化码本设计,在反馈量不大的情况下获得了较好的误码性能。 2.研究了多用户预编码技术。针对干扰消除类预编码,给出一种基于块对角化(Block Diagonalization, BD)的子流选择算法,分析了子流选择的可行性和有效性,在损失容量不多的情况下提高了误码性能。然后将BD的思想引入到收发联合设计中,给出一种视距相关信道下考虑非理想CSI的多用户收发联合设计算法,该算法继承了BD算法各个用户独立处理的优势,又获得了更好的误码性能。针对干扰抑制类预编码,给出了一种迭代初值优化及Lagrange乘子线性求解的改进TMMSE算法,该算法充分利用CSI优化迭代初值,提高了收敛速度,同时算法将Lagrange乘子的求解由非线性转化为线性,避免了数值搜索的复杂过程,获得其解析解,提高了求解精度,在提高误码性能的同时降低了计算复杂度。 3.研究了引入功率分配与天线选择的多用户预编码技术。针对用户服务公平性以及用户不同的服务质量需求,给出一种用户公平接收以及信噪比控制的功率分配方法,该方法既可以实现对各个用户提供相同误码服务,又可以实现用户信噪比的灵活配置。针对干扰抑制类多用户预编码的和容量优化问题,给出了一种迭代注水的功率分配算法,该算法将干扰等效为噪声进行处理,将经典的注水算法引入到存在干扰的系统中从而拓宽了注水算法的应用范围,在信道条件差距较大时对和容量的优化作用更加显著。最后,将用户天线选择技术与多用户预编码结合,通过两种经典的天线选择算法,探讨了天线选择联合预编码技术对提高系统和容量的作用。