MIMO广播信道预编码技术研究

论文摘要

预编码技术用于消除下行链路广播信道中多用户之间的干扰。现有的预编码技术可分为两类:一种是基于污纸编码（dirty-paper coding, DPC）思想的非线性预编码技术,而另一种是线性的预编码技术。本文研究了基于叠加编码技术的DPC实用化设计方案,并成功的将这一技术运用到MIMO广播信道中。对于发端采用块对角化（Block Diagonalization, BD）线性预编码算法的多用户MIMO系统,本文创新性的提出了基于弦距的用户选择算法。此算法不仅适用于已知理想信道状态信息（Channel State Information, CSI）的系统,也适用于有限速率反馈系统。主要工作有以下几个方面:推导了点对点MIMO系统和MIMO广播信道的容量,重点研究了基于DPC思想的传输方案所能达到的和速率性能;此外,我们还对迫零波束成形（zero forcing beamforming, ZFBF）预编码算法进行了分析。最后比较了两种预编码传输方案所能达到的和速率性能。系统地研究了基于叠加编码的DPC方案,并对其中信道码和量化码的联合迭代译码算法进行了详细的分析;给出了基于叠加编码的MIMO广播信道传输方案;最后仿真了MIMO广播信道中采用叠加编码时的误比特率性能。证明了在MIMO广播信道中采用基于叠加编码的预编码算法时,用户的误比特率性能由用户等效信道增益决定。介绍了BD线性预编码技术,然后给出了它在有限速率反馈系统中的运用,并分析了它的和速率性能与反馈比特数的关系。再针对发端采用BD线性预编码算法的多用户MIMO系统,提出了基于弦距的用户选择算法。这个算法不仅仅适用于已知理想CSI的系统,也适用于有限速率反馈系统。最后对提出的算法性能进行了数值仿真验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容以及工作安排
• 第二章 多用户MIMO 广播信道
• 2.1 MIMO 广播信道模型
• 2.2 MIMO 系统容量
• 2.2.1 点对点MIMO 信道
• 2.2.2 MIMO 广播信道和容量
• 2.3 逼近MIMO 广播信道容量限的预编码技术
• 2.3.1 迫零污纸预编码（ZF-DP）
• 2.3.2 基于广义 QR 分解（GQR）的 MIMO 广播信道信号传输策略
• 2.3.3 迫零波束成形（ZFBF）
• 2.3.4 随机波束成形
• 2.4 本章小结
• 第三章 理想CSI 下的实用的DPC 预编码技术
• 3.1 Tomlinson-Harashima 预编码技术（THP）
• 3.1.1 点对点信道中的 THP
• 3.1.2 MIMO 广播信道中的 THP
• 3.1.3 THP 性能仿真
• 3.2 基于叠加编码的预编码技术
• 3.2.1 随机装箱技术
• 3.2.2 点对点信道中基于叠加编码的DPC 预编码
• 3.2.3 叠加编码用于MIMO 广播信道
• 3.2.4 叠加编码仿真性能分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 非理想CSI 下的MIMO 广播信道预编码
• 4.1 非理想信道状态信息
• 4.1.1 基于统计量的CSI
• 4.1.2 基于限速率反馈的CSI
• 4.2 基于有限速率反馈的块对角化（Block Diagonalization）预编码
• 4.2.1 BD 预编码基本原理基本
• 4.2.2 有限速率反馈中的 BD 算法
• 4.3 适用于理想 CSIT 和非理想 CSIT 的用户选择算法
• 4.3.1 基于弦距的用户选择算法在理想 CSIT 下的运用
• 4.3.2 算法复杂度分析
• 4.3.3 基于弦距的用户选择算法在有限速率反馈系统中的运用.
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果