MIMO通信中的预编码技术研究

论文摘要

现代无线通信对数据传输速率提出了越来越高的要求,这促进了新型和复杂的信号处理技术的研究和应用。预编码技术就是一种在发射端利用信道状态信息对发送符号进行预处理,以提高系统容量或降低系统误码率为目的的信号处理技术。目前,预编码技术己成为IEEE 802.16e标准的一部分,在3GPP标准中也使用了基于预编码技术的波束成形方法。MIMO通信系统的信道容量与发射端和接收端的最小天线数成正比关系,这使得MIMO成为B3G技术中最有前途的技术之一。在MIMO系统中,空时分组码与空间复用码是两类主要的技术:前者通过提高系统的分集增益,提高系统的传输可靠性;而后者通过提高系统的复用增益,提高系统的传输效率。对以上两种不同的MIMO应用技术,MIMO预编码的方式也不相同。根据结合空间编码的方式,它可分为联合空时分组码的预编码与联合空间复用码的预编码。而根据分解MIMO信道矩阵的特点,预编码又可分为基于MIMO信道SVD分解的预编码技术与基于MIMO信道GMD分解的预编码技术。同时,随着频谱资源的日益宝贵,基于信道统计信息的预编码技术也发展起来,特别是关于反馈码本的预编码更是目前MIMO预编码技术研究的重点。本论文的具体工作和创新点概括如下:第一章介绍论文的背景。第二章简单介绍了MIMO系统的信道模型、系统容量、空时分组码与空间复用码的基础内容,为介绍MIMO预编码技术打下基础。第三章总结了目前国内外的各种MIMO的预编码技术,并详细的分析介绍了目前应用广泛的SVD预编码与GMD预编码。通过对容量和误码性能的比较,得出GMD预编码性能好于SVD预编码的结论。第四章首先介绍了目前各种基于码本设计的预编码,然后在前人的基础上,提出了本论文的创新点——基于GMD预编码的双码本设计方法。最后在给出详细理论分析的之后,又通过Matlab软件仿真验证了此方法对于空间信道秩为3,码本B的反馈量为5比特时,它的误码率与反馈全部信道状态信息的GMD预编码的误码率相差不到1dB。第五章对多用户MIMO的预编码技术也作了简要的介绍,并将GMD的思想用到了多用户MIMO上。最后给出本文的结论,并提出后续的研究工作。其中,论文前三章与第四章部分内容是总结分析预编码的研究现状,第四章中关于GMD预编码的码本设计是作者做的创新。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 MIMO 预编码国内外研究的现状
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 MIMO 系统简介
• 2.1 无线信道
• 2.1.1 时延扩展
• 2.1.2 多普勒频移
• 2.1.3 角度扩展
• 2.2 MIMO 的信道容量
• 2.2.1 MIMO 信道建模
• 2.2.2 MIMO 系统容量
• 2.3 空时分集与空间复用
• 2.3.1 空时分组码
• 2.3.2 分层空时码
• 2.3.3 联合分集与复用
• 2.4 MIMO 的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 MIMO 预编码技术
• 3.1 MIMO 预编码简介
• 3.2 SVD 预编码
• 3.2.1 容量预编码
• 3.2.2 BER 预编码
• 3.3 均匀信道分解
• 3.3.1 GMD 预编码
• 3.3.2 UCD 预编码
• 3.4 基于部分信息的预编码技术
• 3.4.1 基于部分信息的预编码模型
• 3.4.2 统计模型
• 3.4.3 有限速率反馈模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 码本设计
• 4.1 矢量量化技术简介
• 4.2 SVD 预编码码本设计
• 4.2.1 正交空时分组码
• 4.2.2 空间复用码
• 4.3 基于均匀信道分解的码本设计
• 4.3.1 均匀信道分解
• 4.3.2 双码本的设计
• 4.3.3 码本A 的构造
• 4.3.4 码本B 的构造
• 4.4 矢量量化器的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 多用户MIMO 的预编码
• 5.1 系统模型
• 5.2 污纸编码
• 5.3 线性处理方式
• 5.3.1 信道逆处理
• 5.3.2 块对角化处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文内容回顾
• 6.2 后续的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果