新一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、在“移動(dòng)通信寬帶化”和“寬帶接入移動(dòng)化”的趨勢(shì)下，以L(fǎng)TE和LTE-Advanced為代表的新一代無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使得系統(tǒng)接入速率相比3G技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，而預(yù)編碼正是LTE/LTE-Advanced中的核心技術(shù)之一。預(yù)編碼是通過(guò)在發(fā)射端對(duì)發(fā)射信號(hào)增加某種預(yù)擾動(dòng)來(lái)針對(duì)性地對(duì)抗無(wú)線(xiàn)通信中存在的各種不良效應(yīng)，從而有效改善系統(tǒng)性能并簡(jiǎn)化接收機(jī)的設(shè)計(jì)。隨著LTE/LTE-Advanced的不斷發(fā)展，預(yù)編碼技術(shù)在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下呈現(xiàn)出不同的作用形態(tài)

2、。
　　 本論文正是圍繞著預(yù)編碼技術(shù)領(lǐng)域中的核心問(wèn)題，在物理層層面上，從LTE/LTE-Advanced涉及到的主要場(chǎng)景出發(fā)，對(duì)其中的單天線(xiàn)預(yù)編碼技術(shù)、單用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中有限反饋預(yù)編碼反饋壓縮策略、多用戶(hù)MIMO優(yōu)化的預(yù)編碼設(shè)計(jì)和基于預(yù)編碼的雙向中繼系統(tǒng)中的信道估計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了創(chuàng)新性研究。這些研究力求探索信號(hào)傳輸本質(zhì)，發(fā)掘系統(tǒng)性能潛力。鑒于工程可行性要求，性能和復(fù)雜度的折中優(yōu)化亦是本論文的考慮方面。全文主要研究?jī)?nèi)容歸納如下:<

3、br>　　 首先，本文討論了單天線(xiàn)傳輸下的預(yù)編碼技術(shù)。從預(yù)編碼的觀點(diǎn)出發(fā)，分析了LTE/LTE-Advanced下行OFDM傳輸技術(shù)對(duì)抗頻率選擇性衰落的能力，分析了LTE/LTE-Advanced上行DFT-SOFDM傳輸技術(shù)低峰值平均功率比的特性。矢量OFDM作為單載波和多載波OFDM傳輸?shù)臉蛄海谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性。但是，目前對(duì)于矢量OFDM在頻率選擇性衰落信道下完整的性能刻畫(huà)尚屬空白。本文正是從這一問(wèn)題出發(fā)，詳細(xì)分析了矢

4、量OFDM在頻率選擇性衰落信道下的性能，研究了矢量OFDM中預(yù)編碼技術(shù)所帶來(lái)的信號(hào)空間分集增益，并對(duì)矢量OFDM中每個(gè)矢量塊均進(jìn)行了細(xì)致的研究。這些研究成果對(duì)實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用矢量OFDM時(shí)提供了重要的理論依據(jù)，這也是本文第一個(gè)主要的創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 然后，本文討論了單用戶(hù)MIMO下的預(yù)編碼技術(shù)。盡管完美信道對(duì)于發(fā)射端設(shè)計(jì)預(yù)編碼矩陣至關(guān)重要，但是接收機(jī)對(duì)于信道信息的直接量化反饋卻給系統(tǒng)性能帶來(lái)了明顯的制約。本文正是在這一背景下，對(duì)更加有

5、效的基于碼本(codebook)的有限反饋技術(shù)進(jìn)行了深入研究。由于實(shí)際系統(tǒng)下OFDM的引入使得預(yù)編碼的反饋數(shù)據(jù)量隨著載波或子帶(subband)數(shù)目線(xiàn)性增加，所以本文提出了一種有限反饋量壓縮技術(shù)。該技術(shù)能夠使得系統(tǒng)在反饋開(kāi)銷(xiāo)和吞吐率性能上取得一個(gè)較好的折中。以上內(nèi)容是本文第二個(gè)主要的創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 隨著系統(tǒng)對(duì)總吞吐量和小區(qū)用戶(hù)密度的要求不斷提高，從單用戶(hù)模型（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）轉(zhuǎn)向多用戶(hù)模型（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）成為了主要的研究方向。相比單用戶(hù)MI

6、MO，多用戶(hù)MIMO預(yù)編碼需要同時(shí)解決用戶(hù)內(nèi)的數(shù)據(jù)流串?dāng)_和用戶(hù)間的數(shù)據(jù)流串?dāng)_問(wèn)題。本文以此為背景討論了多用戶(hù)MIMO下的線(xiàn)性預(yù)編碼技術(shù)，具體介紹了塊對(duì)角化(BD)預(yù)編碼和最大信漏噪比(SLNR)預(yù)編碼技術(shù)的基本原理。本文在原始SLNR技術(shù)上進(jìn)一步發(fā)掘潛力，通過(guò)理論推導(dǎo)兩個(gè)矩陣同時(shí)對(duì)角化的一種特殊形式，提出一種SLNR最大化松弛預(yù)編碼方案。在多數(shù)據(jù)流傳輸情況下，提出的新預(yù)編碼方案相對(duì)原始SLNR方案能夠有效平衡多數(shù)據(jù)流間的信道增益，從而具

7、有更好的系統(tǒng)誤碼性能。此外，提出的方法能保持幾乎相同的系統(tǒng)歸一化和速率。這部分內(nèi)容是本文第三個(gè)主要的創(chuàng)新點(diǎn)。
　　 最后，本文關(guān)注了協(xié)同通信中的預(yù)編碼技術(shù)，總結(jié)了多小區(qū)預(yù)編碼設(shè)計(jì)上的主要思路。本文針對(duì)雙向中繼系統(tǒng)提出了一種基于壓縮感知理論信道估計(jì)的方法。由于在雙向中繼系統(tǒng)中，等效信道并不稀疏，這會(huì)直接限制壓縮感知理論的應(yīng)用。本文從這一問(wèn)題著手，利用預(yù)編碼技術(shù)并結(jié)合雙向中繼特殊的結(jié)構(gòu)解決了這一難題，使得系統(tǒng)能效得到顯著優(yōu)化，這也是