本文選題：多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)　切入點(diǎn)：相鄰小區(qū)干擾　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著通信業(yè)務(wù)的多元化發(fā)展,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)超越傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)成為無線通信傳輸?shù)闹饕d體,由此引發(fā)了亟待傳輸?shù)凝嫶缶W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和視頻信息,對高速可靠穩(wěn)定的通信產(chǎn)生了迫切的需求。然而無線通信系統(tǒng)受到信道環(huán)境和頻譜資源有限的制約,若要提高無線通信系統(tǒng)的有效性和可靠性需要在物理層有革命性的技術(shù)。多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技術(shù)在不增加帶寬和發(fā)送功率的前提下能大幅度地提高無線通信系統(tǒng)的傳輸速率,已成為第四代移動通信系統(tǒng)物理層的關(guān)鍵技術(shù)。 相對于單用戶MIMO技術(shù),多用戶MIMO技術(shù)不僅能同時(shí)提供復(fù)用增益和分集增益,還能帶來多用戶增益,即系統(tǒng)的容量與用戶的數(shù)目成線性關(guān)系,但同時(shí)引入了一個(gè)不可避免的難題,多用戶之間干擾的消除。理論上,多用戶預(yù)編碼技術(shù)是解決這一難題的最佳技術(shù),但是現(xiàn)有的預(yù)編碼技術(shù)主要存在以下兩方面的問題：1)僅考慮了本蜂窩小區(qū)內(nèi)的干擾,但是現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)通常采用同頻組網(wǎng),相鄰小區(qū)的干擾是不可避免的,將嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能；2)嚴(yán)重依賴于發(fā)射端所獲得的信道狀態(tài)信息的完整性,但是在實(shí)際系統(tǒng)中,發(fā)射端幾乎不可能獲得完整的信道狀態(tài)信息,在缺少完整信道狀態(tài)信息的情況下,現(xiàn)有預(yù)編碼算法性能下降明顯。因此,本論文在國家科技重大專項(xiàng)(項(xiàng)目編號：2011ZX03001-007-03)以及產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的共同支持下,從以上兩個(gè)角度對預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行了深入的研究分析。主要研究工作及創(chuàng)新性成果包括以下幾方面： (1)在多用戶MIMO下行多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中,提出了一種考慮相鄰小區(qū)干擾的線性預(yù)編碼算法,該算法是對傳統(tǒng)基于信漏噪比準(zhǔn)則預(yù)編碼算法的改進(jìn)：1)從系統(tǒng)框架、設(shè)計(jì)原理、系統(tǒng)配置、性能優(yōu)缺點(diǎn)等方面對已有的考慮相鄰小區(qū)干擾的預(yù)編碼算法進(jìn)行分析,當(dāng)發(fā)送端同時(shí)發(fā)射多條數(shù)據(jù)流時(shí),系統(tǒng)性能下降嚴(yán)重；2)針對多數(shù)據(jù)流的情況,利用相鄰小區(qū)干擾與噪聲之和的協(xié)方差矩陣抑制相鄰小區(qū)干擾,并引入廣義奇異值分解求解預(yù)編碼,平衡各子信道之間的信擾噪比,提高系統(tǒng)總體性能；3)在運(yùn)用本文所提算法的情況下,理論分析各子信道之間的信擾噪比差距,說明系統(tǒng)誤碼率性能提升的原因,通過仿真驗(yàn)證,本文所提算法在犧牲較小系統(tǒng)容量的前提下,保證了系統(tǒng)誤碼率性能的提升,尤其是發(fā)送端同時(shí)發(fā)送多數(shù)據(jù)流的情況。 (2)針對有限反饋系統(tǒng),提出一種強(qiáng)健的線性預(yù)編碼算法和一種基于該預(yù)編碼算法的用戶選擇方案：1)根據(jù)系統(tǒng)的雙工模式,分別介紹了發(fā)射端獲得信道狀態(tài)信息的方式以及影響其獲得的信道狀態(tài)信息完整性的因素,考慮這些因素影響的嚴(yán)重性及系統(tǒng)使用的廣泛性,本文重點(diǎn)研究頻分雙工系統(tǒng),即有限反饋系統(tǒng)；2)根據(jù)頻分雙工系統(tǒng)中發(fā)射端獲得信道狀態(tài)信息的方式,建立系統(tǒng)的信道模型,引入反饋時(shí)延和量化誤差,并簡要分析信道模型的基本性質(zhì)；3)利用2)中的信道模型獲得不完整的信道狀態(tài)信息,基于最小均方誤差準(zhǔn)則,聯(lián)合發(fā)射功率限制的條件,建立強(qiáng)健的線性預(yù)編碼求解模型,利用拉格朗日乘數(shù)法求解得到預(yù)編碼算法的閉式解,通過仿真對該算法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證：4)基于3)中求得的強(qiáng)健線性預(yù)編碼算法,計(jì)算此時(shí)系統(tǒng)的均方誤差表達(dá)式,利用遞減搜索算法和遞增搜索算法分別提出兩種用戶選擇方案,進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能,通過仿真對該用戶選擇算法的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。 (3)針對有限反饋系統(tǒng),提出一種強(qiáng)健的非線性預(yù)編碼算法：1)利用(2)中的信道模型獲得不完整的信道狀態(tài)信息,基于最小均方誤差準(zhǔn)則,聯(lián)合發(fā)射功率受限以及非線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)限制的條件,建立強(qiáng)健的非線性預(yù)編碼求解模型,利用拉格朗日乘數(shù)法求解得到預(yù)編碼算法的閉式解；2)觀察強(qiáng)健的非線性預(yù)編碼閉式解的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),引入喬里斯基分解,對非線性預(yù)編碼求解算法進(jìn)行化簡,降低計(jì)算復(fù)雜度；3)考慮瞬時(shí)信道幅度信息對系統(tǒng)性能的影響,對傳統(tǒng)非線性預(yù)編碼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改,在接收端添加信道幅度信息歸一化模塊,消除發(fā)射端缺少瞬時(shí)信道幅度信息的影響,進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能；4)計(jì)算系統(tǒng)的均方誤差表達(dá)式,理論分析量化誤差以及時(shí)延對系統(tǒng)性能的影響,通過MATLAB仿真,對理論分析結(jié)論做了進(jìn)一步的驗(yàn)證。 (4)針對有限反饋系統(tǒng),提出了一種強(qiáng)健的非線性預(yù)編碼與接收濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)方案：1)介紹了在發(fā)射端能獲得完整的信道狀態(tài)信息條件下,通過迭代算法對收發(fā)端濾波器進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方案；2)在頻分雙工系統(tǒng)中,接收端能獲得完美的信道狀態(tài)信息,發(fā)送端不能獲得完美的信道狀態(tài)信息,迭代算法不再適用,首先將非線性預(yù)編碼設(shè)為定值,計(jì)算接收端基于最小均方誤差準(zhǔn)則的最優(yōu)化接收濾波器表達(dá)式,將接收濾波器的表達(dá)式代入系統(tǒng)均方誤差表達(dá)式進(jìn)行化簡,聯(lián)合發(fā)射功率受限以及非線性預(yù)編碼結(jié)構(gòu)限制的條件建立問題求解模型,利用拉格朗日乘數(shù)法和幾何均值分解對該模型進(jìn)行求解,通過仿真對其性能進(jìn)行驗(yàn)證。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN919.3

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