線性MIMO系統(tǒng)預編碼技術的研究.pdf

1、無線通信正經(jīng)歷著它自誕生以來發(fā)展最快的時期，它的迅速發(fā)展歸功于先進通信技術的研究與應用。隨著無線通信系統(tǒng)實際應用的迅猛普及，無線通信用戶數(shù)和用戶服務需求成指數(shù)性增長，但可用于無線通信服務的無線電頻譜資源極其有限，使得不斷增長的無線服務需求與有限的無線電頻譜資源之間的矛盾日益突出。MIMO多天線技術正是在這一背景下發(fā)展起來的一種新型無線通信技術，它能夠極大地提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率、滿足用戶的高速率通信需求，因此得到了國內外廣泛的關注和研

2、究，它已經(jīng)成為下一代移動通信系統(tǒng)中極具發(fā)展前景的技術之一。
　　 本論文側重于線性MIMO系統(tǒng)預編碼技術的研究，方向導數(shù)理論和蓋理論是本論文研究得以進行的數(shù)學理論基礎。本論文主要研究內容包括：基于方向導數(shù)理論的最優(yōu)線性MIMO預編碼設計的研究、基于蓋理論的最優(yōu)能量分配策略的研究、多用戶MIMO系統(tǒng)中用戶選擇與QoS控制策略的研究。本論文的主要貢獻和創(chuàng)新之處列舉如下：
　　 ●基于最小化均方誤差準則，提出了一種適用于多種能

3、量約束(lp范數(shù)能量約束)的最優(yōu)線性MIMO系統(tǒng)預編碼設計框架，并且從方向導數(shù)理論的角度證明了最大化信道容量準則和最小化MSE矩陣行列式準則的等價性。
　　 ●在聯(lián)合總能量約束和峰值能量約束下，提出了一個適用于多種設計準則的最優(yōu)線性MIMO系統(tǒng)預編碼設計框架。與近似的lp范數(shù)約束問題相比，該設計框架能取得最優(yōu)的系統(tǒng)性能。此外，在理論上證明了聯(lián)合能量約束下的能量分配具有分段線性性，從而推導出了一種極其快速的能量分配策略。
　

4、　 ●基于最大化信道容量準則，提出了一種QoS約束下最大化上行鏈路信道容量的最優(yōu)能量分配策略，從蓋理論的角度給出了能量分配的最優(yōu)結構。與現(xiàn)有算法相比，采用搜索變量代換的改進最優(yōu)能量分配算法的計算復雜度大幅度降低，即使在最壞情況下也僅需原有一半的計算復雜度。
　　 ●最大化信道容量準則可獲得高的傳輸速率，但有失用戶間的公平性原則?；谧畲蠡钚∷俾蕼蕜t，提出了一種QoS約束下具有公平性原則的最優(yōu)能量分配策略，并利用蓋理論，證明了

5、能量分配的最優(yōu)結構，且導出了一個接近具有閉式解的最優(yōu)能量分配方案。
　　 ●貪婪用戶選擇方案的瓶頸在于隨著用戶數(shù)的增加，用戶選擇算法的計算復雜度急劇增加。基于Householder變換，提出了一種適用于迫零編碼和臟紙編碼下的快速貪婪用戶選擇算法。在與現(xiàn)有算法獲得相同性能的前提下，該算法只需微乎其微的計算復雜度，從本質上解決了貪婪用戶選擇算法的瓶頸。
　　 ●基于Perron-Frobenius定理，在發(fā)射能量加權和受限且