基于MIMO系统的预编码研究与仿真分析

论文摘要

更高的传输速率和更可靠的传输方式是未来无线通信系统的基本特征。MIMO)技术可明显提高系统容量、改善通信质量以满足高速无线业务需求。预编码本质是一种信号预处理技术,在发射端利用信道状态信息（CSI）对发射信号进行预处理,使接收端不仅能够正确恢复信号,有时还可使设备复杂度降低,从而降低误码率或提高系统吞吐量。本文在了解MIMO系统的基本原理及其关键技术的基础上,对多天线下的发射分集技术和空间复用技术进行深入探讨。在基于发射分集技术的STBC系统中,本文针对信道均值反馈、信道有限反馈情况下,发射机如何有效利用有限CSI,对发射信号进行预处理,进行理论分析和仿真。信道均值反馈的预编码方案是在总发射功率一定的条件下,考虑估计误差的存在,加入扰动矩阵,自适应的确定发射端的波束成形矢量和功率分配系数,从而使得系统的误码率最小。基于有限反馈的STBC系统预编码方案是将可选的预编码矩阵形成码本,接收端将预编码矩阵的索引反馈到发射端即可。在空间复用结构中,对经QR分解的完全已知信道状态的情况采用SVD分解来实现预编码；对信道存在限速率反馈的情况下,研究矢量量化与格拉斯曼空间打包两种方法下的预编码码本设计；在相关信道下,以成对差错概率最小为出发点,并考虑其能量分配问题,根据已知的信道协方差信息进行预编码设计。最后设计实现了一种改进的STBC-VBLAST混合系统预编码。采用有QR分解的特征波束成形算法,用注水原则进行能量分配,以成对差错概率最小为出发点来进行预编码矩阵的设计。利用Matlab仿真软件对各个方案预编码进行仿真测试。结果表明：将预编码与MIMO技术相结合,可以降低系统误码率,提升系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 无线通信的发展
• 1.1.2 课题的提出与研究现状
• 1.2 课题主要研究内容及意义
• 1.3 论文的组织结构
• 第2章 理论基础
• 2.1 MIMO综述
• 2.1.1 空间分集
• 2.1.2 空间复用
• 2.2 空时编码
• 2.2.1 空时分组编码（STBC）
• 2.2.2 垂直-贝尔分层空时码（VBLAST）
• 2.3 注水原则
• 2.4 预编码方法
• 2.4.1 基于信道矩阵的预编码
• 2.4.2 基于空间相关矩阵的预编码
• 2.4.3 基于码本的预编码
• 2.5 本章小结
• 第3章 STBC系统的预编码研究与仿真分析
• 3.1 基于信道均值反馈的STBC系统预编码研究
• 3.1.1 系统模型
• 3.1.2 系统预编码设计
• 3.2 基于有限反馈的STBC系统预编码研究
• 3.2.1 系统模型
• 3.2.2 系统预编码设计
• 3.3 仿真与分析
• 3.3.1 无预编码的STBC系统仿真分析
• 3.3.2 基于信道均值反馈预编码方案的仿真分析
• 3.3.3 有限反馈STBC系统预编码方案仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于空间复用系统的预编码研究与仿真分析
• 4.1 基于SVD信道分解的预编码
• 4.2 限速率反馈下的发射端预编码
• 4.2.1 空间复用结构下预编码选取准则
• 4.2.2 码本设计方案
• 4.3 相关信道下的发射端预编码
• 4.4 仿真与分析
• 4.4.1 基于SVD信道分解的预编码仿真分析
• 4.4.2 基于限速率反馈下的预编码仿真分析
• 4.4.3 相关信道下的预编码仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 改进的STBC-VBLAST混合模型预编码算法的设计与仿真分析
• 5.1 改进的STBC-VBLAST混合模型预编码系统
• 5.1.1 改进的STBC-VBLAST模型预编码系统的背景
• 5.1.2 改进的STBC-VBLAST混合模型预编码系统简介
• 5.2 改进的STBC-VBLAST混合模型预编码算法的设计
• 5.2.1 改进的STBC-VBLAST预编码算法设计的推导
• 5.2.2 改进的STBC-VBLAST预编码算法流程
• 5.3 改进的STBC-VBLAST混合模型预编码的仿真与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文