線(xiàn)性MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼技術(shù)的研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)通信正經(jīng)歷著它自誕生以來(lái)發(fā)展最快的時(shí)期，它的迅速發(fā)展歸功于先進(jìn)通信技術(shù)的研究與應(yīng)用。隨著無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的迅猛普及，無(wú)線(xiàn)通信用戶(hù)數(shù)和用戶(hù)服務(wù)需求成指數(shù)性增長(zhǎng)，但可用于無(wú)線(xiàn)通信服務(wù)的無(wú)線(xiàn)電頻譜資源極其有限，使得不斷增長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)服務(wù)需求與有限的無(wú)線(xiàn)電頻譜資源之間的矛盾日益突出。MIMO多天線(xiàn)技術(shù)正是在這一背景下發(fā)展起來(lái)的一種新型無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，它能夠極大地提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率、滿(mǎn)足用戶(hù)的高速率通信需求，因此得到了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注和研

2、究，它已經(jīng)成為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中極具發(fā)展前景的技術(shù)之一。
　　 本論文側(cè)重于線(xiàn)性MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼技術(shù)的研究，方向?qū)?shù)理論和蓋理論是本論文研究得以進(jìn)行的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。本論文主要研究?jī)?nèi)容包括：基于方向?qū)?shù)理論的最優(yōu)線(xiàn)性MIMO預(yù)編碼設(shè)計(jì)的研究、基于蓋理論的最優(yōu)能量分配策略的研究、多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中用戶(hù)選擇與QoS控制策略的研究。本論文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處列舉如下：
　　 ●基于最小化均方誤差準(zhǔn)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(xiàn)性MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼設(shè)計(jì)框架，并且從方向?qū)?shù)理論的角度證明了最大化信道容量準(zhǔn)則和最小化MSE矩陣行列式準(zhǔn)則的等價(jià)性。
　　 ●在聯(lián)合總能量約束和峰值能量約束下，提出了一個(gè)適用于多種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的最優(yōu)線(xiàn)性MIMO系統(tǒng)預(yù)編碼設(shè)計(jì)框架。與近似的lp范數(shù)約束問(wèn)題相比，該設(shè)計(jì)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(xiàn)性性，從而推導(dǎo)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有算法相比，采用搜索變量代換的改進(jìn)最優(yōu)能量分配算法的計(jì)算復(fù)雜度大幅度降低，即使在最壞情況下也僅需原有一半的計(jì)算復(fù)雜度。
　　 ●最大化信道容量準(zhǔn)則可獲得高的傳輸速率，但有失用戶(hù)間的公平性原則?；谧畲蠡钚∷俾蕼?zhǔn)則，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(jié)構(gòu)，且導(dǎo)出了一個(gè)接近具有閉式解的最優(yōu)能量分配方案。
　　 ●貪婪用戶(hù)選擇方案的瓶頸在于隨著用戶(hù)數(shù)的增加，用戶(hù)選擇算法的計(jì)算復(fù)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(hù)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(jì)算復(fù)雜度，從本質(zhì)上解決了貪婪用戶(hù)選擇算法的瓶頸。
　　 ●基于Perron-Frobenius定理，在發(fā)射能量加權(quán)和受限且