MIMO無線通信系統(tǒng)的預(yù)處理和頻域均衡技術(shù)研究.pdf

1、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)均采用多個(gè)天線的多輸入多輸出(MIMO)無線通信技術(shù)可以有效地利用多徑衰落，提高頻譜效率，成為未來高速無線系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。將MIMO和正交頻分復(fù)用(OFDM)或單載波頻域均衡(SC-FDE)技術(shù)相結(jié)合，可以有效地克服無線電波多徑傳播所導(dǎo)致的符號(hào)間干擾。當(dāng)發(fā)射機(jī)可以獲得信道狀態(tài)信息時(shí)，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)吞吐量，改善信息傳輸可靠性。本文研究了MIMO無線系統(tǒng)的預(yù)處理和頻域均衡技術(shù)，包括MIMO空間復(fù)用系統(tǒng)的

2、比特分配、多用戶MIMO系統(tǒng)的線性與非線性預(yù)編碼以及MIMO單載波系統(tǒng)的頻域均衡。主要內(nèi)容如下： ⑴根據(jù)最小平均誤比特率(BER)準(zhǔn)則，分析了MIMO空間復(fù)用系統(tǒng)的比特分配問題。在貝爾實(shí)驗(yàn)室垂直分層空時(shí)(V-BLAST)結(jié)構(gòu)中，將發(fā)射功率平均分配給每個(gè)發(fā)射天線，通過優(yōu)化各發(fā)射天線的調(diào)制方式，改善了系統(tǒng)BER性能。提出貪婪比特分配算法和基于二分法的比特分配算法。與傳統(tǒng)V-BLAST系統(tǒng)相比，比特分配可以明顯改善系統(tǒng)BER性能；與現(xiàn)

3、有的功率分配方案相比，比特分配沒有性能損失，降低了對(duì)發(fā)射機(jī)功率放大器線性范圍的要求，節(jié)約了成本。 ⑵針對(duì)多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路，研究了線性預(yù)編碼技術(shù)。在分析現(xiàn)有的線性預(yù)編碼方法的基礎(chǔ)上，提出一種聯(lián)合線性預(yù)編碼和功率分配的預(yù)編碼方法，把復(fù)雜的聯(lián)合線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)和功率分配的優(yōu)化問題，分解為兩步，簡(jiǎn)化了問題的求解。首先，求解線性預(yù)編碼；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各用戶的信道狀態(tài)信息，在總發(fā)射功率約束下，給各用戶分配合適的功率，使每個(gè)用戶的信

4、干噪比(SINR)相同且最大化，從而改善系統(tǒng)BER性能。此外，對(duì)最小均方誤差(MMSE)線性預(yù)編碼進(jìn)行簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)次優(yōu)MMSE線性預(yù)編碼(Sub-MMSE)方法。給每個(gè)用戶的接收機(jī)引入一個(gè)標(biāo)量增益，將線性接收機(jī)歸一化，設(shè)計(jì)一個(gè)貪婪算法求解每個(gè)用戶的歸一化接收機(jī)向量；然后，基于MMSE準(zhǔn)則優(yōu)化預(yù)編碼向量和標(biāo)量增益。Sub-MMSE線性預(yù)編碼方法的計(jì)算復(fù)雜度較低，性能接近最優(yōu)的MMSE線性預(yù)編碼方法。 ⑶探討了多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈

5、路的非線性預(yù)編碼技術(shù)。提出一種Tomlinson-Harashima(TH)預(yù)編碼方案，通過發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，有效地利用分集增益；在此基礎(chǔ)上，給出一個(gè)次優(yōu)的用戶排序算法，以較低的計(jì)算復(fù)雜度改善了系統(tǒng)BER性能?；诓捎门K紙編碼(DPC)的發(fā)射機(jī)和線性接收機(jī)，提出一個(gè)多用戶MIMO廣播方案；當(dāng)系統(tǒng)用戶數(shù)多于基站發(fā)射天線數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)多用戶調(diào)度算法有效地利用多用戶分集；所提出方案的和速率容量接近Sato界，性能優(yōu)于一些現(xiàn)有的方法。進(jìn)

6、一步，將該方案推廣到多用戶M[MO-OFDM系統(tǒng)下行鏈路，提出一個(gè)簡(jiǎn)單的子信道分配方法；每個(gè)子載波上，各用戶的接收機(jī)采用其信道矩陣的左奇異值向量，把等效信道矩陣反饋給基站；基站通過DPC預(yù)編碼，分配空間子信道，將空間向量信道分解為一系列標(biāo)量信道；利用注水功率分配獲得最大的和速率容量；該方法復(fù)雜度低，和速率信道容量接近Sato界，并且可以反饋部分信道信息實(shí)現(xiàn)接近最優(yōu)的性能。 ⑷研究了單載波系統(tǒng)的頻域均衡技術(shù)。針對(duì)以特定已知序列作為

7、循環(huán)前綴的單載波單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)，基于迫零(ZF)和MMSE準(zhǔn)則，推導(dǎo)基于噪聲預(yù)測(cè)的頻域信道均衡方法。在均衡器輸出端，計(jì)算出特定序列估計(jì)的噪聲；利用均衡器輸出數(shù)據(jù)估計(jì)的噪聲與特定序列估計(jì)的噪聲的相關(guān)特性，預(yù)測(cè)并抵消數(shù)據(jù)估計(jì)的噪聲。進(jìn)一步，將噪聲預(yù)測(cè)的均衡結(jié)構(gòu)推廣到MIMO單載波系統(tǒng)中。從理論上詳細(xì)地分析了基于噪聲預(yù)測(cè)的頻域均衡器的性能，與傳統(tǒng)的頻域均衡器相比，ZF噪聲預(yù)測(cè)頻域均衡器輸出端可以獲得更低的噪聲功率，MMSE噪聲預(yù)