【摘要】：多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系統(tǒng)發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息時,能運用信道自適應技術提高系統(tǒng)性能。在頻分復用系統(tǒng)中,MIMO有限反饋及相關技術成為制約其獲得更高系統(tǒng)性能的關鍵因素且已被廣泛研究。隨著MIMO技術的發(fā)展,該領域研究對象開始聚焦在信道時空相關MIMO系統(tǒng)以及新硬件架構MIMO系統(tǒng)。本文圍繞MIMO預編碼有限反饋系統(tǒng)關鍵技術展開研究,具體研究內(nèi)容和主要貢獻如下所述。(1)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預編碼有限反饋系統(tǒng)下高效信道估計問題,利用MIMO虛擬信道模型對具有一定角度擴展的毫米波大規(guī)模MIMO信道進行分析,闡述其角度域等效信道矢量化后具有鏈式塊稀疏結構且塊內(nèi)數(shù)據(jù)具有一定相關性;設計基于矩陣分解的信號預處理方法,將該系統(tǒng)基于訓練的信道估計問題建模為塊稀疏信號重構問題;提出一種基于塊稀疏貝葉斯學習的信道估計算法,并給出該算法下塊數(shù)據(jù)尺寸的估算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,在一定信道訓練序列長度下,該信道估計算法能利用毫米波大規(guī)模MIMO信道結構化稀疏特點提高信道估計的性能,相比現(xiàn)有算法更適用低信噪比場景。(2)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預編碼有限反饋系統(tǒng)中量化碼本的設計問題,從毫米波大規(guī)模MIMO信道空間稀疏結構出發(fā),分析了在陣列響應矢量組成的完備字典下最優(yōu)預編碼矢量的稀疏表示具有聯(lián)合稀疏特性;運用字典學習思想,將模擬和數(shù)字預編碼器量化碼本設計問題建模為聯(lián)合優(yōu)化問題,并給出一種逐碼字優(yōu)化的迭代算法生成任意尺寸和相位分辨率的模擬預編碼器量化碼本;對于本文碼本聯(lián)合優(yōu)化問題中的基跟蹤算法設計,給出一種基于聯(lián)合稀疏的混合預編碼設計方案。仿真數(shù)據(jù)表明,聯(lián)合使用本文提出的碼本設計方案和混合預編碼算法能獲得一定系統(tǒng)性能提升。(3)針對毫米波大規(guī)模MIMO混合預編碼系統(tǒng)中信道狀態(tài)信息的高效反饋策略問題,考慮到增加射頻鏈路數(shù)目是一種提高該系統(tǒng)性能的有效策略,分析此時最優(yōu)預編碼器矩陣在由陣列響應矢量組成的碼本下將具有近似的塊稀疏表達,將混合預編碼器設計問題建模為塊稀疏近似表示問題;給出了一種基于貪婪分簇思想的混合預編碼器設計算法;針對該預編碼算法中參數(shù):塊稀疏表達矩陣中非零行矢量塊個數(shù)和系統(tǒng)取得次優(yōu)性能所需射頻鏈個數(shù),給出一種基于信道子簇間關系的近似估算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,在適當參數(shù)下,本文混合預編碼有限反饋方案既能有效降低反饋模擬預編碼器信息所需的比特量,又能獲得接近于已有混合預編碼算法的系統(tǒng)性能。(4)針對信道時間相關MISO系統(tǒng)自適應差分反饋策略中碼本設計問題,給出了兩種球帽差分碼本構造方法,其一:以格拉斯曼碼本為基碼本,由其碼字經(jīng)矢量線性和旋轉運算得到,其二:由中心碼字和兩個對應不同半徑的極帽碼本組成,故稱為雙極帽碼本;給出兩種差分碼本隨時間變化的球帽半徑估算方法,其中針對第一種球帽碼本方案,從碼本構造方法入手推導出能更快地趨于穩(wěn)定的差分碼本球帽半徑計算方法。仿真數(shù)據(jù)表明,基于本文球帽碼本的自適應差分反饋策略能獲得隨時間增加并趨于穩(wěn)定的系統(tǒng)容量,并且整體性能較現(xiàn)有算法有一定提升。
【圖文】：

１．１．１邋ＭＩＭＯ技術及發(fā)展逡逑多輸入多輸出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｉｎｐｕｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｏｕｔｐｕｔ，邋ＭＥＭＯ邋）技術是指通信系統(tǒng)收逡逑發(fā)兩端都配備多個天線來實現(xiàn)信號無線傳輸，如圖１－１所示＋３］。早期ＭＩＭＯ技術逡逑在通信系統(tǒng)的應用主要集中于無線通信系統(tǒng)收發(fā)單端配置天線陣列，直到上世紀逡逑９０年代，學者們給出在無線通信系統(tǒng)收發(fā)機都配置多天線的思想，以求獲得更高逡逑數(shù)據(jù)傳輸速率［４］。針對多天線復高斯衰落信道，學者Ｔｅｌａｔａｒ在文獻［５］中論述了利逡逑用多天線改善無線通信系統(tǒng)性能的理論依據(jù)，并詳細分析了該信道的系統(tǒng)容量。逡逑同時期，頻譜效率可達１０－２０ｂｉｔｓ／ｓ／Ｈｚ的分層空時Ｖ－ＢＬＡＳＴ系統(tǒng)［６］由貝爾實驗室開逡逑發(fā)成功�；谶@些早期的基礎性研究，ＭＩＭＯ技術已經(jīng)取得了極大發(fā)展。在近三逡逑十年來通信技術發(fā)展進程中，，ＭＩＭＯ及其相關技術己被業(yè)界公認為是提高系統(tǒng)通逡逑信性能的無線通信核心技術之一邋［１＿３］。逡逑Ｓ７邋—＾邐邐邐？邋Ｖ７逡逑————逡逑Ｔ邐空時合并逡逑編碼邋＿＿邐ｙｈ１Ｎｙｒ邋＿邐處理逡逑比特流比特流逡逑付萬映射ｎ廠．．解符號映射逡逑空時預處理邐解碼逡逑圖１－１邋ＭＩＭＯ無線通信系統(tǒng)示意圖［２］逡逑如圖１邋－１

圖１－２邋ＭＩＭＯ有限反饋系統(tǒng)示意圖逡逑（１）發(fā)射端信道自適應傳輸技術逡逑采用ＭＩＭＯ系統(tǒng)信道自適應技術，發(fā)射端和接收端能利用信道空時衰空時域信號處理算法對發(fā)射信號和接收信號聯(lián)合設計，獲取更高的系和通信可靠性［５２］。ＭＩＭＯ系統(tǒng)信道自適應技術主要包括：功率分配技調(diào)制技術、預編碼技術、天線選擇以及多用戶調(diào)度技術等［５２］，這些技得深入研究。逡逑１）功率分配技術：在ＭＩＭＯ系統(tǒng)中可以根據(jù)ＣＳＩＴ，給每流數(shù)據(jù)合理率能獲得系統(tǒng)容量的提升。對于ＳＵ－ＭＩＭＯ系統(tǒng)，文獻［５，１２］指出：系分別以信道矩陣的左右奇異矢量實現(xiàn)信號接收和發(fā)送，則ＭＩＭＯ信道并行無干擾信道，再由功率注水算法對每個等效信道進行功率分配可最大容量。對于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，文獻［１１，１３－１５］研究了多址接入信道的系統(tǒng)容量，并指出通過迭代功率注水算法可達系統(tǒng)最大和容量。述知，功率分配技術是提升ＭＩＭＯ系統(tǒng)可達容量的重要途徑。逡逑２）自適應調(diào)制編碼技術：在ＳＵ－ＭＩＭＯ系統(tǒng)的多特征模式發(fā)射中，發(fā)
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN919.3

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本文編號：2665816