多天線系統(tǒng)中的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、當前，無線通信正以前所未有的速度向前發(fā)展，以滿足用戶對視頻、音頻和多媒體娛樂等先進無線業(yè)務(wù)的要求。為突破頻譜和功率等資源的稀缺性對無線通信進一步發(fā)展的限制，多天線技術(shù)應(yīng)運而生，通過大力挖掘其特有的空間自由度，有效的提高了頻譜利用率、增強傳輸可靠性、或者它們的一個折中。基于多天線系統(tǒng)的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)，使得空時傳輸信號自適應(yīng)于信道狀態(tài)，以進一步提高系統(tǒng)的性能。對于有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)的設(shè)計，其關(guān)鍵在于如何在有限的反饋帶寬上傳輸盡可能多

2、的可靠信道信息和如何周有限的信道信息設(shè)計簡單有效的預(yù)編碼策略。本學(xué)位論文對分布式和集中式多天線系統(tǒng)的反饋方法設(shè)計、預(yù)編碼矩陣構(gòu)建、反饋量減少和資源優(yōu)化分配等進行了深入的研究，并提出了一些創(chuàng)新性的策略，主要包括如下幾個方面：
　　 研究了分布式多天線系統(tǒng)中基于量化碼書的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)。首先研究了分布式多天線系統(tǒng)的信道分布的特點，分析了碼書設(shè)計所需要考慮的因素，并給出了一種二步碼書設(shè)計方法，其可以在系統(tǒng)性能和設(shè)計復(fù)雜度之間取得

3、一個很好的折中。然后，通過最小化空時碼字的平均成對錯誤概率的上限，得到了一種不需要額外反饋信息的發(fā)射功率分配方法，這樣可以進一步提高反饋信息的利用效率。根據(jù)信道的時間相關(guān)性，將信道狀態(tài)的變化建模為一個有限狀態(tài)離散馬爾科夫過程，在此基礎(chǔ)上得到了一種性能無損的基于子碼書的反饋減少算法。此外，還根據(jù)各信道狀態(tài)出現(xiàn)概率的非同一性，設(shè)計了兩種性能無損和性能有損的反饋減少改進算法。從而，為分布式多天線系統(tǒng)提供了一套集碼書設(shè)計、碼字選擇、功率分配和反

4、饋減少于一身的有限反饋與預(yù)編碼策略。
　　 研究了分布式多天線系統(tǒng)中基于角度域參數(shù)的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)。首先分析了分布式多天線系統(tǒng)中無線信號傳播的特點，分別為瑞利衰落信道和萊斯衰落信道建立了一個基于平均到達角、角度擴展、歸一化接收天線距離和K因子等角度域參數(shù)的非Kronecker信道模型?；谶@一信道模型，并通過最小化空時碼字的平均成對錯誤概率上限，揭示了信道角度域參數(shù)與最佳預(yù)編碼矩陣之間的內(nèi)在聯(lián)系，得到了一種基于信道角度域參

5、數(shù)的預(yù)編碼矩陣設(shè)計方法，這種方法具有反饋量少、處理時延小和魯棒性高的優(yōu)點。為了進一步減少預(yù)編碼矩陣的設(shè)計復(fù)雜度，對空時碼字的平均成對錯誤概率上限進行了漸進分析，分別得到了瑞利和萊斯信道衰落情況下高和低信噪比時的簡化預(yù)編碼矩陣設(shè)計方法。最后，對信道角度域參數(shù)與分集階數(shù)和編碼增益這兩種重要的性能指標之間的關(guān)系進行了分析，并且發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，這種基于角度域參數(shù)的預(yù)編碼矩陣設(shè)計方法在萊斯衰落信道下可以取得比瑞利衰落信道下更好的性能，隨著K因

6、子的增大，獲得的性能增益也逐漸增加。
　　 研究了集中式多天線系統(tǒng)中具有服務(wù)質(zhì)量保證的有限反饋與預(yù)編碼技術(shù)，并分別針對單用戶和多用戶這兩種情況給出了相應(yīng)的解決方案。對于單用戶系統(tǒng)，基于有效帶寬理論，揭示了在給定最大時延限制條件下，發(fā)射功率和反饋帶寬之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而可以根據(jù)系統(tǒng)特點對這兩種稀缺資源進行聯(lián)合優(yōu)化分配。進一步，還分析了信道估計誤差對系統(tǒng)性能的影響，并給出了相應(yīng)的聯(lián)合資源分配策略。對于多用戶系統(tǒng)，將無速率編碼同多用戶