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无线MIMO/OFDM通信系统中线性预编码技术研究

作　者: 方晓胤
导　师: 李少谦
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: MIMO OFDM 有限反馈预编码子空间跟踪空时码空分复用
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

多天线(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统利用多根发射接收天线来收发数据,可以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,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。但MIMO技术只能抵抗信道的多径衰落,在面对频率选择性衰落时,不能抵抗符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)。因此在在遭遇频率选择性衰落信道时,多使用正交频分复用多载波调制技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)。因为OFDM技术与MIMO相比具有更高的频谱利用率,以及抗多径衰落的能力,OFDM技术已成为未来移动通信的另一项关键物理层技术。线性预编码技术(Linear Precoding)在信号发送之前,利用发射端获得的信道信息(Channel State Information,CSI)对信号进行预处理,可对信道进行均衡,甚至在发射端得到信道的完美信道信息时,能够将信道平行化,从而可有效地提高系统容量、可靠性或小区天线的覆盖半径等。由于预编码技术多用于基站到用户的下行链路,预编码算法只在基站使用,因此能够降低终端的解码复杂度,提高其电池续航时间。因此在MIMO OFDM系统中结合使用预编码技术已经作为第三代移动通信伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)中长期演进计划(Long Term Evolution,LTE)中的一项核心技术。第二章介绍了预编码技术所使用信道信息的获取方式,预编码系统结构以及预编码器的设计准则。但由于MIMO系统的信道信息通常包含信道衰落矩阵的幅值和相位信息,特别结合使用OFDM技术之后,造成其反馈量巨大而无法在实际系统中应用。因此本文着重介绍了能够使用较少反馈量的有限反馈的预编码算法。第三章介绍了一种利用OFDM系统中相邻子载波间频率响应相关性压缩反馈量的子空间跟踪算法。在对子空间跟踪算法分析后,提出了一种旋转码本设计的预编码码本设计方法。这种改进的码本设计方法可以有效地提高子空间跟踪算法性能。第四章在对子空间跟踪算法影响性能关键步骤进行数学分析,提出了一种新型的跟踪距离,该距离可以使得子空间跟踪算法所包含的预编码矩阵更接近最优的预编码矩阵,从而提高子空间跟踪算法的性能。由于信道在相关时间内的同样具有相关性,因此将子空间跟踪算法加以改进,提出了时域跟踪算法,并通过仿真证明了该算法具有反馈量低,性能增益大的特点。在使用时域跟踪算法时,我们所提出的新型跟踪距离仍优于采用弦距离的时域跟踪方法。最后对全文进行了总结,提出了未来预编码技术的一些研究方向。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-17
第一章绪论  17-22
  1.1 本论文的研究背景及意义  17-20
    1.1.1 无线通信发展趋势  17-18
    1.1.2 MIMO 基本理论  18-19
    1.1.3 OFDM 基本理论  19-20
  1.2 本论文的主要研究内容和创新  20-21
    1.2.1 课题来源  20
    1.2.2 论文研究的核心问题  20
    1.2.3 主要内容及创新  20-21
  1.3 本论文的结构安排  21-22
第二章预编码技术  22-42
  2.1 信道信息及其建模  22-23
    2.1.1 信道信息获取  22-23
    2.1.2 信道信息模型  23
  2.2 线性预编码  23-30
    2.2.1 编码器结构  24
    2.2.2 线性预编码器结构  24-25
    2.2.3 接收端结构  25
    2.2.4 预编码器设计准则  25-28
    2.2.5 完美信道信息预编码性能  28-30
    2.2.6 线性预编码算法小结  30
  2.3 有限反馈线性预编码  30-42
    2.3.1 有限反馈线性预编码系统结构  31-32
    2.3.2 有限反馈线性预编码算法  32-35
    2.3.3 有限反馈线性预编码码本设计  35-39
    2.3.4 有限反馈预编码性能  39-41
    2.3.5 有限反馈预编码小结  41-42
第三章有限反馈算法在OFDM 系统中的研究  42-57
  3.1 利用频率相关性进行反馈量压缩  42-44
  3.2 子空间跟踪算法  44-48
    3.2.1 子空间跟踪算法分析  44-46
    3.2.2 子空间跟踪仿真  46-48
  3.3 子空间跟踪旋转码本设计  48-51
  3.4 仿真验证  51-56
    3.4.1 仿真参数  51-52
    3.4.2 仿真结果  52-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章子空间跟踪算法拓展性研究  57-74
  4.1 新型跟踪距离的子空间跟踪算法  57-64
    4.1.1 子空间跟踪距离分析  57
    4.1.2 新型跟踪距离子空间跟踪算法  57-60
    4.1.3 新型跟踪距离计算复杂度分析  60-61
    4.1.4 仿真验证  61-64
  4.2 新型跟踪距离小结  64
  4.3 新型跟踪距离的子空间跟踪算法拓展  64-74
    4.3.1 在空分复用系统中的应用  65-66
    4.3.2 时域跟踪算法  66-73
    4.3.3 本章小结  73-74
第五章总结  74-77
  5.1 全文总结  74-75
  5.2 未来研究方向  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间研究成果  81-82
个人简历  82-83

无线MIMO/OFDM通信系统中线性预编码技术研究

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