本文關(guān)鍵詞：非線性預(yù)編碼技術(shù)研究　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中,用戶對于信息傳輸速率和傳輸質(zhì)量的需求不斷提高,如何在不增加帶寬的前提下來提高信息傳輸速率和可靠性是下一代無線通信發(fā)展中亟待解決的問題。在這種情況下,MIMO技術(shù)和中繼技術(shù)逐漸引起了廣泛關(guān)注�？紤]到實際MIMO系統(tǒng)中接收端處理的高復(fù)雜度,尋求從發(fā)射端對信號進行處理的技術(shù)勢在必行。預(yù)編碼技術(shù)通過在發(fā)射端利用CSI進行預(yù)處理,使得發(fā)射信號與衰落信道相匹配,以達到消除數(shù)據(jù)流之間干擾并且降低接收端處理復(fù)雜度的目的,從而改善系統(tǒng)誤碼率并提高吞吐率。將預(yù)編碼技術(shù)引入到MIMO和中繼系統(tǒng)中,對于提高通信質(zhì)量有著重要的意義。本文以非線性預(yù)編碼技術(shù)為研究對象,研究了非線性收發(fā)機的設(shè)計方案,以及物理層安全和無線能量傳輸系統(tǒng)中非線性預(yù)編碼器的設(shè)計算法。首先,論文介紹了預(yù)編碼技術(shù)的基本原理。依次介紹了線性和非線性預(yù)編碼兩類預(yù)編碼技術(shù)的基本模型和矩陣構(gòu)造算法。在線性預(yù)編碼算法中研究了基于ZF準(zhǔn)則,MMSE準(zhǔn)則和基于信道SVD分解的算法,以及在多用戶MIMO系統(tǒng)中廣泛使用的BD算法。相較線性預(yù)編碼,非線性預(yù)編碼可以顯著的提升系統(tǒng)性能。我們首先給出了DPC算法作為非線性預(yù)編碼的理論基礎(chǔ),隨后詳細(xì)介紹了THP算法和VP算法,THP是我們文中重點研究的算法。其次,論文研究了非線性預(yù)編碼技術(shù)在收發(fā)機設(shè)計方面的應(yīng)用。重點研究了MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機設(shè)計,通過聯(lián)合設(shè)計源節(jié)點預(yù)編碼矩陣、中繼節(jié)點預(yù)編碼矩陣及目的節(jié)點處理矩陣來最小化系統(tǒng)的MSE。設(shè)計中采用統(tǒng)計誤差模型,分別從發(fā)送端的相關(guān)矩陣為單位陣和接收端的相關(guān)矩陣為單位陣兩種情況進行研究。并通過信道分解等方法,將設(shè)計問題利用迭代法在KKT條件下求解。在此基礎(chǔ)上,我們提出了在發(fā)射端采用MB策略進行傳輸?shù)脑O(shè)計方案,研究了低復(fù)雜度的MB轉(zhuǎn)換排序矩陣設(shè)計算法以便于實際應(yīng)用,同時提出了基于最小歐式距離的選擇機制用于選取最優(yōu)的支路進行信號傳輸。還將MB策略進一步推廣應(yīng)用于VP預(yù)編碼的設(shè)計,提出了基于MMSE準(zhǔn)則的減格輔助MB-VP算法。仿真結(jié)果表明我們提出的算法性能優(yōu)于傳統(tǒng)的收發(fā)機設(shè)計算法。再次,論文研究了非線性預(yù)編碼技術(shù)在物理層安全問題中的應(yīng)用。對MIMO系統(tǒng)中發(fā)射端預(yù)編碼矩陣和接收端處理矩陣進行了聯(lián)合設(shè)計,在考慮發(fā)射端功率約束以及保證合法用戶QoS性能的前提下,最大化分配到人為干擾上的功率,從而最大程度干擾竊聽用戶的接收。接著將問題推廣到MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)中的物理層安全研究中,提出了一種基于人為加擾的魯棒性非線性收發(fā)機設(shè)計算法。算法在考慮源節(jié)點和中繼節(jié)點功率約束的前提下,以最小化合法用戶MSE為目標(biāo)進行了優(yōu)化,并將非凸的優(yōu)化問題松弛分解為兩層子問題進行求解,同時還研究了如何在中繼節(jié)點進行AN和消息信號的最優(yōu)功率分配。仿真結(jié)果驗證了我們提出的算法在改善物理層安全方面的有效性。最后,論文研究了非線性預(yù)編碼技術(shù)在無線能量傳輸中的應(yīng)用,提出了基于全雙工的無線能量傳輸中繼系統(tǒng)的魯棒性非線性收發(fā)機設(shè)計。設(shè)計中考慮了新型的傳輸策略,在中繼節(jié)點同時進行信息傳輸和能量收集,并在發(fā)射功率受限與采集能量約束的條件下建立最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型來最小化系統(tǒng)MSE。模型中將非凸問題轉(zhuǎn)換為幾個并行的子問題,采用交替迭代的方法進行求解：給定源節(jié)點THP預(yù)編碼矩陣,中繼節(jié)點預(yù)編碼矩陣,反饋矩陣,可以得到線性接收矩陣的閉式解；給定其余待求矩陣變量,求解中繼節(jié)點預(yù)編碼矩陣可將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為可解的SOCP問題；給定其余待求矩陣變量,求解源節(jié)點THP預(yù)編碼矩陣可將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為DC規(guī)劃問題,采用CCCP算法來得到局部最優(yōu)解。設(shè)計中還考慮了QoS約束條件下發(fā)射功率最小化的問題,并且提出了一種可以有效的搜索可行初始值的算法。仿真結(jié)果驗證了我們提出的魯棒性算法的優(yōu)越性。
[Abstract]:In modern wireless communication system, the user demand for information transmission rate and quality continues to improve, how without increasing the bandwidth in the premise to improve the data transmission rate and reliability is the urgent development of the next generation wireless communication. In this case, MIMO technology and relay technology has attracted wide attention. Considering the processing the receiver of a practical MIMO system with high complexity, it is imperative to seek for signal processing from the transmitter technology. Pre encoding technology by pretreatment with CSI at the transmitter, the transmitted signal and fading channel matching, so as to eliminate the interference and reduce the data flow between the receiver complexity. In order to improve the system bit error rate and improve the throughput. The introduction of technology to pre encoding and MIMO relay system, has important significance to improve the quality of communication in this paper. The nonlinear pre encoding technology as the research object, the research design of nonlinear transceiver, and design algorithm of nonlinear physical layer security and wireless power transmission system in pre encoder. Firstly, this paper introduces the basic principle of pre encoding technology. Introduces the basic model and algorithm of matrix of linear and nonlinear precoding two pre encoding technology. In Linear Precoding algorithm based on ZF criterion, MMSE criterion and channel based on SVD decomposition algorithm, and BD algorithm is widely used in multi user MIMO system. Compared with the linear pre encoding, nonlinear precoding can improve system performance significantly. We first give the DPC algorithm as the theoretical basis of nonlinear pre encoding, then introduces the THP algorithm and VP algorithm, THP is the focus of our study in this algorithm. Secondly, the research of nonlinear pre encoding technology The application in the transceiver design. Focus on the robustness of nonlinear transceiver design MIMO cooperative relay system, through joint design of source node pre encoding matrix, relay node and destination node matrix pre encoding matrix to minimize system MSE. is adopted in the design of statistical error model, correlation matrix correlation matrix from the receiving end respectively for sending end as the unit of array unit matrix and two case studies. And through the channel decomposition method, the design problem solving in KKT condition by using iterative method. On this basis, we put forward the design scheme at the transmitter by MB transmission, the low complexity MB algorithm to design transformation matrix for practical application, and puts forward the selection mechanism based on the minimum Euclidean distance is used to select the optimal branch of signal transmission will also further promote the MB strategy. The design used in the pre VP encoding, the MMSE criterion MB-VP lattice reduction algorithm based on the simulation results show that the transceiver design algorithm we proposed algorithm outperforms the traditional. Thirdly, this paper studies the application of nonlinear pre encoding technology in physical layer security problems. In MIMO system the transmitter and receiver pre encoding matrix at the end of treatment were combined with matrix design, considering the transmitter power constraint and guarantee the legitimate user performance of QoS, the maximum power assigned to human disturbance, receiving interference to the greatest extent eavesdropping user. Then, an extension to the study of the physical layer security MIMO cooperative relay system, proposes a artificially scrambling robust transceiver design algorithm based on nonlinear algorithm. Considering the source node and the relay node power constraint, in order to minimize the legitimate user MSE The subject was optimized, and the relaxation of non convex optimization problem is decomposed into two sub problems, the optimal power allocation to AN and the message signal at the relay node is also studied. Simulation results validate our proposed algorithm in improving the physical layer security is effective. Finally, this paper studies the application nonlinear pre encoding technology in wireless power transmission, this thesis proposes a robust nonlinear transceiver design for full duplex relay wireless power transmission system based on the design. Considering the transmission strategy of the new senior high school entrance examination, and transmission of information and energy collected at the relay node, and establish the optimization mathematical model in limited transmission power and energy acquisition constraints under the MSE. model to minimize the system non convex problem into several sub problems in parallel, using the method of alternating iterative solution: given a source node T HP pre encoding matrix, the relay node pre encoding matrix, the feedback matrix, can get the closed solution of linear receiving matrix; given the rest of matrix variables, solving the relay node can be pre encoding matrix optimization problem is transformed into a SOCP problem; given the rest of matrix variables, solving the source node pre THP encoding matrix the optimization problem is transformed into a DC programming problem, CCCP algorithm is used to obtain the local optimal solution. The design also considers the problem of minimizing the transmitting power of QoS constraints, and proposed an effective algorithm can search feasible initial values. Simulation results show the superiority of the robustness of our proposed algorithm.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3

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