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有限反馈条件下的MISO/MIMO-OFDM系统波束成形的研究

作　者: 陈静锐
导　师: 陈盛云
学　校: 昆明理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多输入单输出/多输入多输出-正交频分复用有限反馈信道建模波束成形算法
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

MIMO系统中的波束成形技术与智能天线中的波束形成是两种截然不同的信号处理技术。MIMO系统中的波束成形技术是指在系统的发射端用波束成形向量加权到待发射的信号上实现系统的分集增益和部分天线阵列增益,是系统的接收端对信道进行估计并将估计的信道信息以有限的反馈码字传输给发射端进行发射信号的波束成形。智能天线中的波束形成技术是指系统在接收端增强来自某个指定方向的波束,同时抑制其他的来波干扰信号。本文建立了MISO/MIMO-OFDM系统模型并分析了模型的信道容量、系统误码率,讨论了系统天线数与反馈比特数、中断概率、失真率等的关系。分析表明,增加发射天线数可以有效降低系统的中断率,增加反馈比特数可以有效地降低系统的失真率,但是在相同的反馈比特数条件下,发射天线数越少,系统的失真率越低。本文分析已有的无线信道建模方法及仿真参数的计算得出信道建模的基本思想,即：增加随机过程的统计维数、增加函数的自由度。本文提出了多种改进的信道模型并就其中的一种信道模型给出了仿真框图。本文就构建的系统模型并结合反馈量化思想提出了基于信道容量、系统误码率等的系统波束成形算法。数值仿真中表明,为降低系统波束成形算法的计算复杂度,反馈比特数最好选择在8bits范围之内。对系统采用文中提出的各种波束成形算法仿真表明,系统采用波束成形算法提高了信道的容量,同时也降低了系统的误码率。另外,采用自适应分簇波束成形算法对系统性能的提升低于采用分簇波束成形算法对系统性能的提升,但自适应分簇波束成形算法相对于分簇波束成形算法而言在很大程度上降低了接收端对发射端的反馈比特数。然而,自适应分簇波束成形算法计算复杂度又明显高于分簇波束成形算法的计算复杂度。因此,设计并选择一种更为实际的波束成形算法仍然是一个值得继续研究的课题。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 本文研究的背景及现状  9-10
  1.2 系统波束成形的研究现状  10-11
  1.3 本文的主要工作  11-12
  1.4 本文的结构安排  12-13
第二章有限反馈的MISO/MIMO-OFDM系统  13-33
  2.1 OFDM系统  13-19
    2.1.1 OFDM的基本原理  13-16
    2.1.2 OFDM的优缺点  16-19
  2.2 MIMO系统  19-24
    2.2.1 MIMO系统模型  19-20
    2.2.2 MIMO系统容量 #J2  20-23
    2.2.3 天线数目与MIMO系统容量分析  23-24
  2.3 有限反馈的MISO/MIMO-OFDM系统  24-31
    2.3.1 MISO/MIMO-OFDM系统中的有限反馈分析  26-29
    2.3.2 有限反馈的MISO/MIMO-OFDM系统模型  29-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章信道分析与建模  33-59
  3.1 信道分类  33-37
    3.1.1 时变信道  33-34
    3.1.2 衰落信道  34-37
  3.2 信道重要参数及计算方法  37-43
    3.2.1 信道重要参数  37-41
    3.2.2 信道模型参数的计算方法  41-43
  3.3 信道建模  43-57
    3.3.1 频率非选择性信道模型  44-48
    3.3.2 频率选择性信道模型  48-49
    3.3.3 频率非选择性信道建模总结  49-52
    3.3.4 频率非选择性信道建模的延伸与改进  52-54
    3.3.5 新型Suzuki信道仿真模型  54-57
  3.4 本章小结  57-59
第四章波束成形算法设计  59-71
  4.1 波束成形向量的选取准则  59-62
    4.1.1 基于分簇算法的误码率波束成形准则  59-60
    4.1.2 基于分簇算法的信道容量波束成形准则  60-61
    4.1.3 自适应量化分簇下的波束成形选择准则  61-62
  4.2 系统的波束成形算法设计  62-70
    4.2.1 基于分簇法的误码率准则最优BF算法  62
    4.2.2 基于分簇法的误码率准则次优BF算法  62-63
    4.2.3 低信噪比时分簇法下的信道容量最优BF算法  63
    4.2.4 低信噪比时分簇法下的信道容量次优BF算法  63-64
    4.2.5 高信噪比时分簇法下的信道容量最优BF算法  64
    4.2.6 高信噪比时分簇法下的信道容量次优BF算法  64-65
    4.2.7 自适应量化分簇法下的误码率准则最优BF算法  65
    4.2.8 自适应量化分簇法下的误码率准则次优BF算法  65-66
    4.2.9 自适应量化分簇法下的低信噪比时信道容量最优BF算法  66-67
    4.2.10 自适应量化分簇法下的高信噪比时信道容量最优BF算法  67-68
    4.2.11 自适应量化分簇法下的低信噪比时信道容量次优BF算法  68-69
    4.2.12 自适应量化分簇法下的高信噪比时信道容量次优BF算法  69-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章系统波束成形的数值仿真  71-93
  5.1 产生系统的OFDM符号仿真  71-72
  5.2 获得信道数据仿真  72-75
    5.2.1 仿真1:Suzuki扩展Ⅱ型信道模型数值仿真  72-73
    5.2.2 仿真2:广义莱斯信道模型数值仿真  73-74
    5.2.3 仿真3:新型Suzuki信道模型数值仿真  74-75
  5.3 系统分簇法下的波束成形算法复杂度分析  75-81
  5.4 基于波束成形算法的系统仿真  81-90
    5.4.1 系统误码率仿真结果  81-84
    5.4.2 系统信道容量仿真结果  84-90
  5.5 本章小结  90-93
第六章全文总结  93-97
  6.1 论文的主要工作  93-94
  6.2 存在的问题  94-97
致谢  97-99
参考文献  99-105
硕士期间发表的论文  105-107
附录  107-109
  附录A 路径损耗指数典型值  107
  附录B 有色高斯随机过程μ_i(t)模型  107-108
  附录C 仿真所使用的码本  108-109

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