本文選題：多輸入多輸出技術(shù)　切入點(diǎn)：非正交多址　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代信息社會(huì)的飛速發(fā)展,高速率移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)成為除傳統(tǒng)語音和低速率數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)之外最主要的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)之一。為了應(yīng)對(duì)高速增長的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量,第五代(5G)移動(dòng)通信系統(tǒng)面臨著眾多挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)包括,在有限的頻譜資源下提供更好的用戶體驗(yàn),更高的數(shù)據(jù)傳輸速率,以及更優(yōu)的用戶服務(wù)質(zhì)量。而在這些挑戰(zhàn)中,最關(guān)鍵的在于提高通信系統(tǒng)的頻譜利用率。近年來,已有的大量研究表明,使用多輸入多輸出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)技術(shù)可以提高系統(tǒng)頻譜效率,改善系統(tǒng)通信質(zhì)量。在假設(shè)信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)已知的條件下,采用合適的預(yù)編碼方法,可以使系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步的提升。另一方面,不同于傳統(tǒng)的正交多址技術(shù)(Orthogonal Multiple Access,OMA),采用非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技術(shù)可以進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的頻譜利用率,因此也受到了研究人員的廣泛關(guān)注,并被認(rèn)為是5G系統(tǒng)中富有前景的多址技術(shù)之一。本文以5G的應(yīng)用需求為背景,結(jié)合目前兩大可以提升頻譜效率的主流技術(shù),MIMO技術(shù)和NOMA技術(shù),研究MIMO廣播信道(BC,Broadcast Channels)系統(tǒng)的預(yù)編碼策略及其低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)算法。具體研究工作可以概括如下:1)在誤符號(hào)率(SER,Symbol Error Rate)性能的約束下,研究兩用戶MIMO BC系統(tǒng)的預(yù)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先利用格理論(Lattice Theory)和遞歸構(gòu)造的思想,設(shè)計(jì)MIMO單播系統(tǒng)的最小歐氏距離(MED,Minimum Euclidean Distance)預(yù)編碼器;然后,結(jié)合 GSVD(Generalized Singular Value Decomposition)和交替優(yōu)化的思想,將MIMO單播系統(tǒng)的MED預(yù)編碼算法擴(kuò)展到兩用戶MIMO BC系統(tǒng)中,得到兩用戶MIMO BC系統(tǒng)的NOMA-MED預(yù)編碼器。2)在可達(dá)傳輸速率性能的約束下,研究兩用戶MISO(Multiple Input Single Output)BC系統(tǒng)的預(yù)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,基于優(yōu)化對(duì)偶理論,設(shè)計(jì)兩用戶MISO系統(tǒng)的最優(yōu)NOMA預(yù)編碼器,并分析研究其性質(zhì)和性能;其次,通過分析對(duì)比兩用戶MISO BC的最優(yōu)NOMA預(yù)編碼和DPC(Dirty Paper Coding)預(yù)編碼的性能,提出準(zhǔn)退化信道(Quasi-Degradation)的概念;再次,基于準(zhǔn)退化的概念和性質(zhì),設(shè)計(jì)兩用戶MISO BC系統(tǒng)的低復(fù)雜度H-NOMA預(yù)編碼器(Hybrid NOMA Precoder);最后,深入分析H-NOMA預(yù)編碼器的性能,并與最優(yōu)NOMA預(yù)編碼器以及傳統(tǒng)的ZFBF(Zero-Forcing Beamforming)和 DPC 比較。3)分別在SER性能和可達(dá)傳輸速率性能的約束下,研究多用戶混合多址MIMO BC系統(tǒng)的預(yù)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)。在混合多址系統(tǒng)中,用戶被分成多個(gè)小簇,簇內(nèi)采用NOMA技術(shù),而簇間采用OMA技術(shù)來消除簇間干擾。分別在給定所有用戶的最低傳輸速率約束和最差SER性能約束的條件下,以最小化總發(fā)射功率為目標(biāo),設(shè)計(jì)混合多址MIMO BC系統(tǒng)的預(yù)編碼策略。本工作的主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面,其一是,針對(duì)基于SER性能約束的預(yù)編碼器設(shè)計(jì)問題,在簇內(nèi)采用兩用戶MIMOBC系統(tǒng)的NOMA-MED預(yù)編碼器,通過研究相應(yīng)的用戶配對(duì)算法,得到多用戶混合多址MIMO BC系統(tǒng)的預(yù)編碼方法;其二是,針對(duì)基于傳輸速率約束的預(yù)編碼器設(shè)計(jì)問題,在簇內(nèi)采用兩用戶MISOBC系統(tǒng)的H-NOMA預(yù)編碼器,通過研究用戶配對(duì)算法,得到多用戶混合多址MISO BC系統(tǒng)的預(yù)編碼方法。
[Abstract]:With the rapid development of modern information society, high-speed mobile multimedia services become the traditional voice and low rate data transmission business outside the main business of mobile communication. In order to cope with the rapid growth of mobile data traffic, the fifth generation (5G) mobile communication system is facing many challenges. These challenges include, to provide a better user experience in the limited spectrum, high data rate, and better quality of service. And in these challenges, the most important is to improve the spectral efficiency of the communication system. In recent years, there have been a number of studies have shown that the use of multiple input multiple output (MIMO, Multiple Input Multiple Output) technology can improve the system spectral efficiency, improve the quality of communication system. On the assumption that the channel state information (Channel State, Information, CSI) under the condition of knowing the appropriate precoding method, can In order to make the performance of the system has been further improved. On the other hand, orthogonal multiple access technology is different from the traditional (Orthogonal Multiple Access, OMA), using the non orthogonal multiple access (Non-Orthogonal Multiple, Access, NOMA) technology can improve the spectrum utilization rate of the system further, so it has been attracting the attention of researchers, and is considered to be one of the most promising multiple access technology in 5G system. Based on the background of the 5G application demand, combined with the current mainstream technology two can enhance the spectral efficiency, MIMO technology and NOMA technology, the research of MIMO broadcast channel (BC Broadcast, Channels) system precoding strategy and low complexity algorithm. The research work can be summarized as follows: 1) the symbol error rate (SER, Symbol Error Rate) performance under the constraints of the two user MIMO BC system precoding optimization. First using lattice theory (Lattice Theor Y) and recursive construction theory, the minimum Euclidean distance of the unicast system design of MIMO (MED, Minimum Euclidean Distance) precoder; then, combined with GSVD (Generalized Singular Value Decomposition) and alternating optimization theory to extend MED encoding algorithm MIMO unicast system to two users of MIMO BC system,.2 NOMA-MED encoder two user MIMO BC system) in the transmission rate up to the performance constraints of two users of MISO (Multiple Input Single Output) BC system precoding optimization. Firstly, based on the theory of dual optimization, optimal NOMA precoder design two user MISO system, and studies its properties and performance; secondly, through the optimal pre NOMA encoding and DPC comparative analysis of two user MISO BC (Dirty Paper Coding) performance of the pre encoding, the quasi degenerate channel (Quasi-Degradation) concept; thirdly, based on the quasi degenerate The concept and properties of low complexity H-NOMA precoder design two user MISO BC system (Hybrid NOMA Precoder); finally, in-depth analysis of the performance of H-NOMA precoder, and the optimal NOMA precoder and the traditional ZFBF (Zero-Forcing Beamforming) and DPC.3) respectively in SER performance and transmission rate up to performance constraints under the research of multi user multiple access MIMO BC system precoding optimization design. In the hybrid multiple access system, the user is divided into a plurality of small clusters, using NOMA technology in the cluster and inter cluster using OMA technology to eliminate inter cluster interference. In the minimum transmission rate constraint for all users and worst SER the performance constraints, to minimize the total transmission power as the goal, the design of hybrid multiple access MIMO BC system precoding strategy. The main contents of this work include the following two aspects, one is that the performance constraint based on SER The precoder design problem using the NOMA-MED precoder two user MIMOBC system within the cluster, through the study of the corresponding user pairing algorithm, multi user multiple access MIMO BC system precoding method; secondly, according to the transmission rate constraint based precoder design problem using the H-NOMA precoder two user MISOBC system in the cluster, through the study of user pairing algorithm, multi user multiple access MISO BC system precoding method.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN929.5

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