本文關(guān)鍵詞： 多輸入多輸出 物理層多播 預(yù)編碼 判決反饋均衡器 蓋理論 Givens旋轉(zhuǎn) 最小相位濾波器 有限脈沖響應(yīng)　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)和無線業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,無線通信系統(tǒng)的用戶數(shù)目以及服務(wù)需求迅猛增長。然而,無線通信系統(tǒng)中可用的頻譜資源卻非常有限。用戶服務(wù)需求與頻譜資源之間日益突出的矛盾,促使人們研究和發(fā)展高頻譜利用率的傳輸技術(shù)。在這種背景下,無線物理層多播技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無線物理層多播是指利用無線信道的廣播特性,由源節(jié)點(diǎn)使用同一無線資源將相同信息同時(shí)傳遞給多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的傳輸方式。相對于傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式,物理層多播技術(shù)大大節(jié)約了傳輸資源,因此它有效地提高了系統(tǒng)的吞吐量和頻率效率,近年來,逐漸引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的普遍關(guān)注。 在采用多天線技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)送端和接收端都已知信道狀態(tài)信息時(shí),預(yù)編碼能夠提高物理層多播系統(tǒng)的頻譜效率和鏈路傳輸可靠性。因此,本文主要研究無線物理層多播系統(tǒng)中的預(yù)編碼技術(shù)。首先,基于最大化最小用戶信噪比準(zhǔn)則,研究了支持單路數(shù)據(jù)流傳輸?shù)亩嗖ゲㄊx形方法。然后,對于用戶配備多根接收天線的情形,研究了支持雙路數(shù)據(jù)流傳輸和多路數(shù)據(jù)流傳輸?shù)亩嗖ヮA(yù)編碼方法。本文的主要工作和貢獻(xiàn)如下： 1)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的單路數(shù)據(jù)流傳輸問題,分別提出了適合于發(fā)送端配備兩根發(fā)送天線和多于兩根發(fā)送天線的波束賦形方法。 當(dāng)發(fā)送端配備兩根天線時(shí),通過刻畫出用戶的信噪比矢量的可行域,將復(fù)矢量優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成了一個(gè)實(shí)矢量優(yōu)化問題,從而可以采用假設(shè)檢驗(yàn)的方式搜索到全局最優(yōu)的波束賦形矢量。與此同時(shí),為了減小窮舉搜索的復(fù)雜度,提出了一種高效的剪枝搜索算法,并給出了它的復(fù)雜度分析。 當(dāng)發(fā)送端配備多于兩根天線時(shí),提出了一種優(yōu)化波束賦形矢量的迭代算法。在每一步迭代中,將原波束賦形矢量優(yōu)化問題降維成一個(gè)兩發(fā)送天線問題,從而可以利用剪枝搜索算法求解,最終獲得接近最優(yōu)的波束賦形矢量。 仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,本文提出的波束賦形方法具有性能接近最優(yōu)、且復(fù)雜度較低的特點(diǎn)。 2)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的雙路數(shù)據(jù)流傳輸問題,分別提出了適合于迫零判決反饋均衡(ZF-DFE)接收機(jī)和最小均方誤差判決反饋均衡(MMSE-DFE)接收機(jī)的高效預(yù)編碼方法。 對于多播用戶采用ZF-DFE接收機(jī)的場景,為保證所有數(shù)據(jù)流的接收質(zhì)量,采用最大化所有用戶的數(shù)據(jù)流的最小信噪比準(zhǔn)則設(shè)計(jì)酉預(yù)編碼矩陣。通過刻畫出兩個(gè)數(shù)據(jù)流的信噪比矢量的可行域和相互關(guān)系,將矩陣優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成了一個(gè)實(shí)矢量優(yōu)化問題,并且采用梯度迭代算法獲得酉預(yù)編碼矩陣。 對于多播用戶采用MMSE-DFE接收機(jī)的場景,采用最大化所有用戶的數(shù)據(jù)流的最小信干噪比準(zhǔn)則設(shè)計(jì)預(yù)編碼矩陣。在這個(gè)問題中,預(yù)編碼矩陣可寫成轉(zhuǎn)換矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣的乘積。因此,該問題可分成兩步進(jìn)行處理。首先,基于最大化多播信道的可達(dá)速率這一準(zhǔn)則,求出對應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣。然后,在給定轉(zhuǎn)換矩陣后,采用基于梯度更新的迭代算法求解旋轉(zhuǎn)矩陣。特別的,對于兩個(gè)用戶的特殊場景,可以利用兩個(gè)數(shù)據(jù)流的信干噪比特性直接構(gòu)造出旋轉(zhuǎn)矩陣。 理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了所提出的預(yù)編碼方法不僅實(shí)現(xiàn)了較優(yōu)的多播可達(dá)速率,而且其誤符號率低于現(xiàn)有的方法。 3)針對無線物理層多播系統(tǒng)中的多路數(shù)據(jù)流傳輸問題,分別提出了適合于平坦衰落多播信道的酉預(yù)編碼方法和適合于頻率選擇性衰落多播信道的FIR預(yù)編碼方法。 對于平坦衰落的多播信道,研究了基于最大化所有用戶的數(shù)據(jù)流的最小信噪比準(zhǔn)則的酉預(yù)編碼設(shè)計(jì)問題�；谶@個(gè)問題的特殊結(jié)構(gòu),采用Givens旋轉(zhuǎn)的方式迭代更新酉預(yù)編碼矩陣。在每一步迭代中,將多路數(shù)據(jù)流傳輸問題轉(zhuǎn)化成雙路數(shù)據(jù)流傳輸問題,從而可以利用雙路數(shù)據(jù)流時(shí)的算法進(jìn)行求解,最后獲得接近最優(yōu)的酉預(yù)編碼矩陣。 對于頻率選擇性衰落的多播信道,為最大化多播系統(tǒng)的可達(dá)速率以及減小群延時(shí)效應(yīng),提出了一種最小相位FIR預(yù)編碼方法。該方法分成兩個(gè)步驟,首先,在最大化可達(dá)速率準(zhǔn)則下,通過時(shí)域和頻域兩種設(shè)計(jì)方法獲得非最小相位FIR預(yù)編碼器；然后,基于譜分解理論,將非最小相位FIR預(yù)編碼器轉(zhuǎn)換成最小相位FIR預(yù)編碼器。 仿真結(jié)果表明,相比現(xiàn)有的多路數(shù)據(jù)流多播預(yù)編碼方法,本文的預(yù)編碼方法具有誤符號率低,多播可達(dá)速率接近最優(yōu)的特點(diǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN92

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：1553066