OFDM和MIMO系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái),隨著實(shí)時(shí)多媒體通信、高速Internet接入等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展,提高通信系統(tǒng)的速率、頻帶利用率和服務(wù)質(zhì)量已成為亟待解決的問(wèn)題。在無(wú)線通信系統(tǒng)中,OFDM技術(shù)由于能夠抵抗多徑帶來(lái)的符號(hào)間干擾而成為寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,而MIMO技術(shù)能夠在不增加發(fā)射功率和帶寬的條件下,利用空域資源顯著地提高信道容量,頻譜利用率和通信可靠性。MIMO和OFDM結(jié)合的方案被廣泛認(rèn)為是未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的核心方案之一。本文分別對(duì)OFDM系統(tǒng)和MIM

2、O系統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)做了較為深入的研究,具體內(nèi)容如下:
　　 1.針對(duì)OFDM系統(tǒng)所有子信道的增益相差較大導(dǎo)致容量與誤碼率無(wú)法同時(shí)優(yōu)化,提出三種基于幾何均值分解(GMD)的聯(lián)合預(yù)編碼器檢測(cè)器方案(JPD方案),這三種方案利用非線性的預(yù)編碼器或檢測(cè)器將OFDM系統(tǒng)的所有子信道轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂邢嗟刃诺涝鲆娴牡刃ё有诺?因此達(dá)到了更低的平均誤碼率性能。我們通過(guò)仿真和曲線擬合得到了ZFDP-JPD方案中等效信道的信道增益概率密度函數(shù)(PDF)得

3、到近似誤碼率結(jié)果,與蒙特卡洛仿真得到的誤碼率結(jié)果吻合,仿真結(jié)果表明與等比特分配(EBA)的使用迫零檢測(cè)器的OFDM方案相比,JPD方案能夠在高信噪比下達(dá)到更低的誤碼率。與使用迫零檢測(cè)器的OFDM(EBA)方案相比,在誤碼率為10-3時(shí),JPD方案對(duì)QPSK調(diào)制和16QAM調(diào)制可以分別帶來(lái)約8dB和6dB的增益。
　　 2.針對(duì)時(shí)分雙工(TDD)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MIMO空間相關(guān)信道,提出格規(guī)約輔助的有限前饋線性預(yù)編碼器。系統(tǒng)的下行信道狀態(tài)

4、信息通過(guò)上行的小均方誤差估計(jì)器獲得。發(fā)射端通過(guò)一個(gè)低速率的下行控制信道將整數(shù)或者二進(jìn)制的格規(guī)約變換矩陣發(fā)送給接收端。我們推導(dǎo)出所提算法的分集階數(shù)等于發(fā)射天線數(shù),說(shuō)明所提算法在相關(guān)信道下獲得了完全發(fā)射分集。仿真結(jié)果表明所提算法獲得了完全發(fā)射分集?？臻g相關(guān)系數(shù)的增加使誤碼率曲線右移,帶來(lái)了與編碼增益相反的效應(yīng)。
　　 3.提出不完美信道信息下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)MIMO系統(tǒng)聯(lián)合預(yù)編碼檢測(cè)方案。我們將收發(fā)兩端的信道誤差分為兩種情況分別討論。

5、　　 第一種情況為收發(fā)兩端具有相同的不完美信道狀態(tài)信息。我們將完美信道信息假設(shè)下被證明在誤碼率和容量上均達(dá)到最優(yōu)的均勻信道分解方案推廣到更加實(shí)際的場(chǎng)景中,在最小均方誤差準(zhǔn)則下推導(dǎo)了新的魯棒均勻信道分解方案。與傳統(tǒng)均勻信道分解方案和A.D.Dabbagh等提出的魯棒線性預(yù)編碼方案相比,所提算法具有更低的誤碼率,且在高信噪比下降低了誤碼平層,并證明了提出的魯棒均勻信道分解方案是沒(méi)有容量損失的。通過(guò)計(jì)算得出所提方案與傳統(tǒng)均勻信道分解方案和A

6、.D.Dabbagh等提出的魯棒線性預(yù)編碼方案具有相同級(jí)數(shù)的計(jì)算復(fù)雜度。
　　 第二種情況為收發(fā)兩端具有不同的不完美信道狀態(tài)信息。例如有限反饋的MIMO系統(tǒng),如果發(fā)送端和接收端直接使用兩個(gè)不同的信道狀態(tài)信息,系統(tǒng)性能會(huì)極度惡化。針對(duì)這種情況,我們提出了一種簡(jiǎn)單的匹配方案。隨后在SVD,GMD和UCD聯(lián)合預(yù)編碼檢測(cè)算法上分析了匹配方案能夠減小性能損失的原因。隨后,利用香農(nóng)率失真理論,我們得出了信道量化誤差方差的近似表達(dá)式,提高了匹

7、配方案的實(shí)用性。仿真結(jié)果表明在不同的信道估計(jì)誤差和矢量量化誤差下,匹配方案都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于不匹配的方案,對(duì)信道量化誤差方差的近似是正確的。
　　 4.提出了基于三種不同準(zhǔn)則的低復(fù)雜度多用戶多流矢量擾動(dòng)預(yù)編碼算法(MUMS-VP):迫零擴(kuò)展信道逆矢量擾動(dòng)(ZF ECI-VP)算法,最小總均方誤差矢量擾動(dòng)(MTMSE-VP)算法Ⅰ和Ⅱ,最大信漏噪比矢量擾動(dòng)(MSLNR—VP)算法。推導(dǎo)了MTMSE-VP和MSLNR-VP的可達(dá)速率。分析