隨著人們對高速通信網(wǎng)絡(luò)需求的不斷提升以及移動通信中數(shù)據(jù)量持續(xù)的增長,促使了如今5G通信網(wǎng)絡(luò)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展。MIMO系統(tǒng)以及由其衍生的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)因能夠為通信系統(tǒng)提供可觀的復用增益和分集增益,成為了在目前已有的5G通信網(wǎng)絡(luò)的雛形中必不可缺的一環(huán)。近些年,為了使通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量得到進一步的提升,學術(shù)界持續(xù)地進行著MIMO系統(tǒng)的相關(guān)研究。一些具有創(chuàng)新性及實用性的MIMO系統(tǒng)模型不斷地被研究者提出。其中具有代表性的是基于信道時變性的MIMO系統(tǒng),其由于考慮到通信信道的時變性,選擇對一段時間內(nèi)不斷變化的系統(tǒng)進行研究,并通過信道的時變演進模型及最優(yōu)化算法,提出時變系統(tǒng)相關(guān)優(yōu)化問題的解決方案。與傳統(tǒng)對靜態(tài)系統(tǒng)的研究相比,基于信道時變性MIMO系統(tǒng)的研究考慮了現(xiàn)實系統(tǒng)中的不確定性,使研究的結(jié)果更具有現(xiàn)實意義。而另一個備受關(guān)注的研究點是分布式MIMO系統(tǒng),其因為能夠為系統(tǒng)帶來較高的頻譜效率和良好的覆蓋率被認為是迎合目前不斷增長的網(wǎng)絡(luò)需求的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時與傳統(tǒng)的集中式的天線部署方式相比,分布式的天線部署還可以為系統(tǒng)提供更好的邊緣用戶服務(wù)以及更低的天線間干擾的收益。本文將基于現(xiàn)實MIMO系統(tǒng)的時變性,分別在集中式天線結(jié)構(gòu)和分布式天線結(jié)構(gòu)下,對單用戶MIMO系統(tǒng)和多用戶MIMO系統(tǒng)中信道追蹤問題和預編碼設(shè)計問題進行詳細的研究。本文主要的創(chuàng)新點包括:第一,針對于時變集中式MIMO系統(tǒng),本文引入了一種用于研究的集中式MIMO信道的系統(tǒng)演進模型,進一步地,在該系統(tǒng)演進模型的基礎(chǔ)上,本文提出了一種低開銷的信道追蹤策略,包括策略提出的基本思想,策略的詳細描述以及策略中各個參數(shù)的分析,同時,為了更好地分析所提出的信道追蹤策略的性能,本文考慮在系統(tǒng)采用不同的數(shù)據(jù)流數(shù)時以及不同的功率分配策略下的系統(tǒng)頻譜效率表現(xiàn),最后,本文還以接收端功率損耗為標準給出了在低開銷信道追蹤策略中系統(tǒng)的最佳反饋間隔。第二,針對于時變分布式單用戶MIMO系統(tǒng),本文引入了分布式單用戶MIMO信道的系統(tǒng)模型以及時變演進模型,由于分布式系統(tǒng)的引入,分布式單用戶MIMO系統(tǒng)的時變演進模型不再服從一階馬爾可夫鏈的形式。進一步地,在該系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,本文提出了時變分布式MIMO信道下單用戶預編碼矩陣的迭代搜索算法,其中包括算法的內(nèi)容描述,算法中各參數(shù)的選擇,算法的誤差分析以及在時變分布式MIMO系統(tǒng)中功率分配的策略,同時,在與其它分布式MIMO系統(tǒng)中預編碼矩陣設(shè)計算法相比中,本文所提出的迭代搜索算法體現(xiàn)出了更好的性能,以及對時變系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。第三,針對于時變分布式多用戶MIMO系統(tǒng),本文同樣引入了分布式多用戶MIMO信道的系統(tǒng)模型以及時變演進模型,由于引入了多用戶系統(tǒng),使得分布式多用戶MIMO系統(tǒng)的時變演進模型變得更加復雜,以至于相鄰信道時刻的信道矩陣之間并不存在顯性的線性關(guān)系,必須借助若干個輔助矩陣,才能完成時變演進模型的構(gòu)建。進一步地,在該系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,本文提出了以時變分布式MIMO信道下多用戶系統(tǒng)的系統(tǒng)和速率為優(yōu)化目標的兩種優(yōu)化算法,其中一維搜索算法可以得到更理想的優(yōu)化效果,而循環(huán)MMSE搜索算法則擁有更快的計算速度。同時,仿真結(jié)果表明本文所提出的兩種算法均能有效地改善時變分布式多用戶MIMO系統(tǒng)中的信道容量。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

將預編碼矩陣的碼本表示為，：Ｆｍ邋＝邋｛Ｆｍｆ＝ｉ，并有／＾邋＝邋２８和／＾－￡逡逑以（Ｓ為反饋比特數(shù)，符號表示Ｍｔ行，Ｍ列的酉矩陣）。其中下標逡逑ｍ表示碼本：＾會隨著信道時刻ｍ的演進發(fā)生改變。圖２－１展示了有限反饋預編碼逡逑系統(tǒng)的操作過程。如圖２－１所示，在每個信道時刻，碼本都會進行更新。而在接逡逑收端，預編碼矩陣／＾￡＆則根據(jù)系統(tǒng)瞬時互信息進行選擇，即，逡逑Ｆｍ邋＝邋ａｒｇｍａｘ／ＣＦ＾ｆ）邐（２－４）逡逑需要說明的是，式（２－４）中的選擇標準等價于最小化系統(tǒng)ＭＳＥ矩陣行列式的逡逑標準［１５］。逡逑當考慮信道矩陣的奇異值分解為＝邋１／，？２；？１１＾１時，定義矩陣保留矩逡逑陣Ｖ７ｎ中的前Ｍ列生成的矩陣，則矩陣歹？１為能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)中瞬時互信息最大化的逡逑最佳預編碼矩陣。另外，為了衡量矩陣５１６�。挢敚敚┖途仃囍g逡逑的角度差異，研究者定義了矩陣的弦距，其具體形式如下，逡逑ｄｃ（５ｉ

＾邋反饋信道邋ｊ邋邐邐逡逑＼Ｊ逡逑圖２－２多用戶Ｍ丨Ｍ０下行系統(tǒng)模型逡逑對于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，大多數(shù)研宄者均考慮了如圖２－２所示的系統(tǒng)拓撲逡逑結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中有一個配置了邋根天線的基站，并通過個射頻鏈路與／Ｖ個移逡逑動端相連并形成通信。而每個移動端則配置了邋Ｍ，．根天線，該系統(tǒng)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑圖如圖２－３所示。同時，大部分研究者都會集中研究基站和每個移動端只通過一逡逑個數(shù)據(jù)流進行通信的多用戶波束賦形情況，因此，該多用戶系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)流為逡逑／Ｖｓ邋＝邋／Ｖ。進一步的，研宄者們往往假設(shè)基站可以同時為與其射頻鏈路數(shù)相等的用逡逑戶數(shù)進行服務(wù)，即有。同時，為了描述的簡化，當系統(tǒng)中的用戶數(shù)少于逡逑基站的射頻鏈路數(shù)時，基站只啟用ｙｖＲＦ個射頻鏈路數(shù)中的／Ｖ個來服務(wù)系統(tǒng)中這Ｗ逡逑個移動端。逡逑１９逡逑

邐＾邋反饋信道邋ｊ邋邐邐逡逑＼Ｊ逡逑圖２－２多用戶Ｍ丨Ｍ０下行系統(tǒng)模型逡逑對于多用戶ＭＩＭＯ系統(tǒng)，大多數(shù)研宄者均考慮了如圖２－２所示的系統(tǒng)拓撲逡逑結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中有一個配置了邋根天線的基站，并通過個射頻鏈路與／Ｖ個移逡逑動端相連并形成通信。而每個移動端則配置了邋Ｍ，．根天線，該系統(tǒng)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逡逑圖如圖２－３所示。同時，大部分研究者都會集中研究基站和每個移動端只通過一逡逑個數(shù)據(jù)流進行通信的多用戶波束賦形情況，因此，該多用戶系統(tǒng)中的總數(shù)據(jù)流為逡逑／Ｖｓ邋＝邋／Ｖ。進一步的，研宄者們往往假設(shè)基站可以同時為與其射頻鏈路數(shù)相等的用逡逑戶數(shù)進行服務(wù)，即有。同時，為了描述的簡化，當系統(tǒng)中的用戶數(shù)少于逡逑基站的射頻鏈路數(shù)時

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本文編號：2815415