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MU-MIMO预编码技术的研究

作　者: 王新秋
导　师: 吕旌阳
学　校: 北京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 多输入多输出 预编码 信道信息 有限反馈 逐用户归一化速率控制
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统利用多根发射天线和接收天线来发送和接收数据,能够有效地抑制信道多径衰落,在不增加系统带宽和天线发射功率的前提下,可以使得信道容量随着天线数量(最小发射,接收天线数)线性增大,从而提高频谱利用率。因此MIMO技术已经成为下一代(B3G)或第四代(4G)移动通信的核心技术。预编码技术是当前MMO技术研究的热点之一,它利用信道的状态信息在发射端进行一种预处理,通过调整发射策略来适应相应的信道环境,从而提高MIMO系统的性能。本文研究的重点主要是在多用户情况下,系统在发射端完全已知信道状态信息或存在信道估计误差的情况下,以及具有部分信道状态信息时,如何利用预编码来优化系统性能。首先介绍课题的研究背景及研究现状。接着介绍MIMO系统无线衰落信道的传播特性,其中包括移动无线信道的特性、MMO系统的复用和分集技术以及MIMO系统信道容量的推导,同时介绍了空间信道模型的基础知识,这些都是研究MU-MIMO预编码技术的基础。在第三章中,介绍了完全信道信息条件下的预编码技术,其中包括收发联合优化的预编码技术,包括基于奇异值分解和特征值分解两种,以及线性预均衡、块对角化算法并给出了仿真结果和分析。接着给出了非线性预编码算法主要是脏纸编码的理论来源,容量推导以及实现方式和仿真结果等。第四章,也是本文的重点内容,详细介绍了有限反馈预编码条件下的码本设计,码本选择等原理,并给出了一种基于3GPP-LTE协议中所给出预编码矩阵的简单的预编码矩阵选择算法,该算法在与遍历算法性能相差无几,却能够大大降低计算的复杂度。接着,针对预编码与多用户选择相结合的问题,在现有逐用户归一化速率控制(Per-User Unitary and Rate Control,PU2RC)的基础上提出了一种松弛正定条件的PU2RC算法,该算法在用户端不需要进行任何的改动,基站端利用预先设计好的码本向量之间的关系表来扩大用户调度的范围,这虽然在计算复杂度上稍有提高,但却极大地提高了系统性能。最后,对全文进行了概括性的总结,明确了下一步有待进行的工作和未来的一些研究方向。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第1章 绪论  11-14
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 预编码简介  12-13
  1.3 论文结构及内容  13-14
第2章 MIMO系统及信道模型  14-23
  2.1 无线衰落信道的传播特性  14-17
    2.1.1 时延扩展  14-16
    2.1.2 多普勒扩展  16-17
    2.1.3 角度扩展  17
  2.2 复用和分集  17-18
    2.2.1 空间复用技术  17
    2.2.2 空间分集技术  17-18
  2.3 MIMO信道容量  18-20
  2.4 空间信道模型(SCM)  20-23
    2.4.1 建模过程  21
    2.4.2 信道系数  21-23
第3章 完全信道信息下的MIMO预编码技术  23-45
  3.1 收发联合优化的预编码  23-28
    3.1.1 基于SVD分解的收发联合优化  23-25
    3.1.2 基于EVD分解的收发联合优化  25-26
    3.1.3 仿真分析  26-28
  3.2 线性MIMO预编码算法  28-35
    3.2.1 线性预均衡  29-30
    3.2.2 块对角化(BD)算法  30-31
    3.2.3 加入功率分配的BD算法  31-32
    3.2.4 信道估计误差对线性多用户预编码性能的影响  32
    3.2.5 仿真结果分析  32-35
  3.3 非线性多用预编码-脏纸编码(DPC)  35-45
    3.3.1 DPC的容量  36-37
    3.3.2 实现方式  37-40
    3.3.3 TH预编码原理  40-43
    3.3.4 仿真结果及分析  43-45
第4章 有限反馈预编码技术  45-67
  4.1 CSI的获取  45-46
  4.2 有限反馈预编码  46-57
    4.2.1 码本设计准则  47-50
    4.2.2 预编码码本选择准则  50-52
    4.2.3 基于Householder变换的预编码码本选择算法  52-57
  4.3 与用户调度相结合的有限反馈预编码算法  57-67
    4.3.1 PU2RC算法  58-60
    4.3.2 松弛正交条件的改进PU2RC方案  60-63
    4.3.3 仿真结果及分析  63-67
第5章 结论与展望  67-68
  5.1 论文的主要工作  67
  5.2 下一步工作计划  67-68
参考文献  68-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表的学术论文目录  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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